材料热力学知识点.doc

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1、1.简述熵判据、亥姆赫兹函数判据和吉布斯函数判据的内容及使用条件：①对于孤立系统：（△S）u,v,w’：＞0自发=0可逆＜0自阻不自发②非孤立系统：△S总=△S系+△S环：＞0自发=0可逆＜0自阻不自发③亥姆霍兹自由能（F）dF≤w’在恒温容器不做其他功的情况下△F：＜0自发=0可逆（平衡）＞0自阻不自发④吉布斯自由能（G）dG≤w’在恒温恒压下不做其他功的情况下△G：＜0自发=0可逆（平衡）＞0自阻不自发5.说明为什么纯金属（纯铁材料除外）加热的固态相变是由密排结构到疏排结构的相变：dH=TdS+VdP→（əH/əV）T=（əS/əV）T+V（əP/əV）TMaxw

2、ell方程（əS/əV）T=（əP/əV）T体积不变，温度升高导致压力升高（əP/əT）V＞0→（əS/əV）T＞0在温度一定时，熵随体积而增大，即：对于同一金属，在温度相同是，疏排结构的熵大于密排结构。（əH/əV）T＞0温度一定时，焓随体积而增大，即：对于同一金属，在温度相同是，疏排结构的焓大于密排结构。G=H-TS在低温时，TS项对G的贡献小，G主要取决于H项，H疏排＞H密排，G疏排＞G密排，低温下密排相是稳定相；在高温下，TS项对G的贡献很大，G主要取决于TS项，S疏排＞S密排，G疏排＜G密排，高温下疏排相是稳定相。6.说明为什么固相与气相或液相之间平衡时，相

3、平衡温度T与压力P之间的关系是指数关系；而固相与液相之间平衡时，相平衡温度T与压力P之间的关系是直线关系：①由dT/dP=△V/△S对于凝聚态之间的相平衡（L→S）dT/dP=△αβVm/△αβSm压力改变不大时，△S和△T的改变很小，可以认为dT/dP=CP∝T为直线关系；②有一相为气相的两相平衡dP/dT=△vapH/T△vapV,蒸发平衡，升华平衡的共同特点是其中有一相为气相，压力改变时△V变化很大。△vapVm=Vm(g)得dP/dT=△vapHmP/RT2→dlnP/dT=△vapHm/RT2→P=Aexp(-Hm/RT2)L(s)←→G相平衡溫度T和压力之

4、间的关系为指数关系。10.化学势：保持温度，压力和除i以外其他组元的量不变的情况下，在溶液中改变1摩尔i引起溶液Gibbs自由能的变化，μi=(əG/əni)T,P,nξ≠niGm-X图中化学位的确定：在摩尔自由能曲线（Gm-X图）上，过成分点的切线与两纵轴的交点为两个组元A和B的化学势。11.活度：既能克服化学势的缺点，又能保存化学势的基本特征.定义式：μi=0Gi+RTlnaiai为组元i的活度ai=xi·fifi为活度系数表示实际溶液与理想溶液的偏差。fi=exp(1-xi)2IAB/RT9.试简述两相平衡条件的热力学条件、意义，对于两种或者两种以上物相存在的二

5、元体系吉布斯自由能-组分关系图中如何确定相平衡条件和范围，以及上述方法的热力学原理；两相平衡的热力学条件：每个组元在各相中的化学位相等，uiα=uiβ意义:若α和β均为稀溶体，则平衡两相的浓度差与溶质无关，而只取决于该温度下溶剂的相变自由能。利用公切线法则：对两相自由能曲线作公切线，可以求出两相平衡的成分范围和平衡相的成分点。切点成分满足同一组元在两相中化学位相等确定了两相平衡的条件。两平衡的基本判据：体系的Gibbs自由能为极小值（min）即：G=min或dG=01.热力学第一定律（能量守恒与转换）：自然界的一切物质具有能量，能量有各种不同的形式，能够从一种形式转化

6、为另一种形式，在转化过程中，能的形式可以转化但能量总值不变。数学表达式为：△U=Q+W物理意义：体系内能的增量等于体系吸收的热量减去体系对环境作的功，包括体系和环境在内的能量守恒。热力学第一定律解决的问题：隔离体系的能量守恒与能量转换的问题。2.热力学第二定律（不能把热从低温物体传给高温物体而不引起其他变化）：即熵增原理，对于隔离体系，如果发生不可逆变化，其熵将增加，直至平衡态。热力学第二定律能解决的问题：隔离体系中能量守恒和能量转换过程变化的可能性及其限度问题，变化的可能性就是过程的方向问题，而限度就是平衡问题。3.热力学第三定律：在热力学温度（F=0k）时，一切完

7、美晶体的熵值S等于零，limS=0(T→0)。10.试简述物相尺度影响其在溶体中的溶解度，以及警惕材料中出现晶界偏析的原因和热力学原理析出相在固溶体中的溶解度因析出相粒子的大小不同而不同。析出相的颗粒越小，析出相界面上与析出相平衡的固溶体中的溶质浓度越大（即溶解度越大）。晶间偏析—不是偶然产生的缺陷，其本质是一种热力学平衡状态。晶内相和晶界相之间满足：△μB=μBb-μBa=μAb-μAa=△μA11.空位浓度的推导：N个原子和n个空位的在N+n个结点的排列组态数：WV=（N+n）！/N!n!无空位时的微观组态数：WO=1玻尔兹曼公式:S=klnW→