§1.1平衡态 状态参量.ppt

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1、§1.平衡态状态参量热力学所研究的对象称为热力学系统（简称系统).与系统存在密切联系的系统以外的部分称为外界或介质。这种联系可理解为存在作功、热量传递和粒子数交换。热学研究热力学系统的宏观状态及其变化规律。隔板刚抽走的瞬间系统处于非平衡态。但是经过并不很长的时间，容器中的气体压强趋于均匀，且不随时间变化，它已处于平衡态。例1：自由膨胀实验:一、平衡态平衡态：在不受外界影响的条件下，宏观性质不随时间变化的状态叫做平衡态。注意:一定要加上“不受外界条件影响”的限制。不受外界条件影响是指外界对系统既不做功也不传热。

2、平衡态只是一理想概念。在自然界中平衡是相对的、特殊的、局部的与暂时的，不平衡才是绝对的、普遍的、全局的和经常的。虽然非平衡现象千姿百态、丰富多彩，但也复杂得多，无法精确地予以描述或解析。平衡态才是最简单的、最基本的。二、状态参量系统处于平衡态时，可以用确定的物理量来表征系统的属性。描述系统状态的变量就是状态参量，也称热力学坐标。几何参量：体积力学参量：压强热学参量：温度化学参量电磁参量例题2：热传导实验有热量不断地从沸水端流向冰水端，经足够长时间，金属棒各处温度不再随时间变化，但在水平方向，各点温度不相等。热

3、流（单位时间流过的热量）虽然不随时间变化，但它始终存在；这种状态下的金属棒仍处于非平衡态。因为热流是由外界影响所致。只要把热流切断就可以排除外界影响，(例如使金属棒不与沸水接触)，金属棒各处温度就要变化。在有热流或粒子流情况下，各处宏观状态均不随时间变化的状态称为稳恒态,也称稳态或定态.热力学平衡系统处于平衡态时应不存在热流与粒子流。热流由系统内部温度不均匀而产生，故可把温度处处相等看作是热学平衡建立的标准。第一个平衡条件—热学平衡条件：即系统内部的温度处处相等。粒子流有两种:一种是宏观上能察觉到成群粒子定向

4、移动的粒子流。这是由气体内部存在压强差异而使粒子群受力不平衡所致。故气体不发生宏观流动的第一个条件是系统内部各部分的受力应平衡。第二个平衡条件—力学平衡条件:即系统内部各部分之间、系统与外界之间应达到力学平衡。第二种粒子流，它不存在由于成群粒子定向运动所导致的粒子宏观迁移。例3：扩散现象如图所示:氧气氧氮混合气氮气化学组成---热力学参量，扩散就是因为空间各处化学组成不均匀所致。系统要建立平衡，还需满足化学平衡条件。第三个平衡条件—化学平衡条件:在无外场作用下系统各部分的化学组成处处均匀相同。只有在外界条件不

5、变的情况下同时满足力学、热学、化学平衡条件的系统，才不会存在热流与粒子流，才能处于平衡态.平衡态的性质:处于平衡态的系统，可以用不含时间的宏观坐标（即热力学参量）来描述它。只有处于平衡态的物理上均匀的系统，才可能在以热力学参量为坐标轴的状态图（p-V图、p-T图）上以一个确定的点表示它的状态。处于非平衡态的系统无法用处处均匀的温度T、压强p及化学组成来描述整个系统。热力学和力学的区别:力学中把位置、时间、质量及这三者的组合（如速度、动量、角速度、角动量等）中的某几个独立参数称为物体的力学坐标。利用力学坐标可描

6、述物体任一时刻的整体的运动状态。经典力学的目的就在于找出与牛顿定律相一致的、存在于各力学坐标之间的一般关系。热力学的注意力却指向系统内部:我们把与系统内部状态有关的宏观物理量（诸如压强、体积、温度等）称为热力学参量，也称热力学坐标。热力学的目的就是要求出与热力学各个基本定律相一致的,存在于各热力学参量间的一般关系。热物理学中一般不考虑系统作为一个整体的宏观的机械运动。若系统在作整体运动，则常把坐标系建立在运动的物体上。例如，对于在作旋转运动的系统，其坐标系取在旋转轴上。