热力学统计物理-第五版-汪志诚-课件.ppt

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1、热力学与统计物理学ThermodynamicsandStatisticalPhysics2021/9/151使用教材：热力学.统计物理汪志诚2021/9/152参考资料2021/9/153参考资料2021/9/1542021/9/1552021/9/156热运动是自然界普遍存在的一种运动现象。热运动对于单个粒子来说杂乱无章，但对于整个宏观物体来说，在外界条件一定的情况下，大量微粒互相影响的结果却表象现出具有确定的宏观规律性。在一定的宏观条件下，系统演化方向一般具有确定的规律性。研究热运动的规律性以及热运动对物质宏观性质影响的理论统称为热学理论。按研究方

2、法的不同可分为热力学与统计物理等。其中，热力学是热学的宏观理论，统计物理是热学的微观理论。2021/9/1572021/9/158热力学理论的发展简介IntroductiontoDevelopmentofThermodynamics一.经典热力学1.1824年，卡诺（Carnot）：卡诺定理2.1840’s，迈尔（Mayer）,焦耳(Joule)：第一定律（能量守恒定律）3.1850’s，克劳修斯（Clausius）,（1850）开尔文（Kelvin）（1851）：第二定律熵增加原理4.1906年，能斯特（Nernst）定理绝对零度不可达到原理（191

3、2）第三定律经典热力学特点：A.不涉及时间与空间；B.以平衡态、准静态过程、可逆过程为模型。因而，经典热力学&静热力学。2021/9/159二.非平衡态热力学1.翁萨格（Onsager），线性非平衡态热力学，诺贝尔奖（1968）2.普里高津（Prigogine）非线性非平衡态热力学，诺贝尔奖（1977）3.近年来•有限时间热力学•工程热力学•••OnsagerPrigogine2021/9/1510预备知识Preliminaries1.数学①多元复合函数的微分（附录A）a)偏导数与全微分b)隐函数、复合函数c)雅克比行列式d)完整微分条件和积分因子②概

4、率基础知识（附录B）统计物理学常用的积分形式（附录C）2.物理学①热学②分子运动论③原子物理学④量子力学2021/9/1511第一章热力学的基本规律TheFundamentalLawsofThermodynamics2021/9/1512目录Contents热力学系统的平衡状态及其描述热平衡定律和温度物态方程功热力学第一定律热容量和焓理想气体的内能理想气体的绝热过程理想气体的卡诺循环热力学第二定律卡诺循环热力学温标克劳修斯等式和不等式熵和热力学基本方程理想气体的熵热力学第二定律的数学表达式熵增加原理的简单应用自由能和吉布斯函数2021/9/1513§1

5、.1热力学系统的平衡状态及其描述定义：热力学研究的对象——宏观物质系统系统分类：⑴孤立系统：与外界没有任何相互作用的系统⑵封闭系统：与外界有能量交换，但无物质交换的系统⑶开放系统：与外界既有能量交换，又有物质交换的系统一、热力学系统（简称为系统）2021/9/1514二、平衡状态真空孤立系统：外界对系统既不做功也不传热定义：热力学系统在不受外界条件影响下，经过足够长时间后，系统的宏观性质不随时间变化的状态*系统由初态达到平衡态所经历的时间称为弛豫时间。2021/9/1515箱子假想分成两相同体积的部分，达到平衡时，两侧粒子有的穿越界线，但两侧粒子数相同

6、。例如：粒子数说明：处在平衡态的大量分子仍在作热运动，而且因为碰撞，每个分子的速度经常在变，但是系统的宏观量不随时间改变。平衡态是一种热动平衡2021/9/1516平衡态的特点注意1）理想化；——实际中没有绝对的孤立系统；存在微小涨落2）动态平衡。1）单一性（处处相等）;2）物态的稳定性——与时间无关；3）自发过程的终点；4）热动平衡（有别于力平衡）.2021/9/1517三、状态参量状态参量定义：系统处于平衡态时，可以表征、描述系统状态的变量几何参量：体积电磁参量：电场强度，电极化强度，磁场强度，磁化强度力学参量：压强热学参量：温度（直接表征热力学系

7、统的冷热程度）化学参量：摩尔数，浓度，摩尔质量2021/9/1518宏观量表征系统宏观性质的物理量如系统的体积V、压强P、温度T等，可直接测量可分为广延量和强度量广延量有累加性：如质量M、体积V、内能E等强度量无累加性：如压强P，温度T等微观量描写单个微观粒子运动状态的物理量一般只能间接测量如分子的质量m、大小d等2021/9/1519气体的物态参量及其单位（宏观量）1气体压强：作用于容器壁上单位面积的正压力（力学描述）.单位：2体积:气体所能达到的最大空间（几何描述）.单位：标准大气压：纬度海平面处,时的大气压.3温度:气体冷热程度的量度（热学描述）

8、.单位：（开尔文）.2021/9/1520简单系统：一般仅需二个参量就能确定的系统，如PVT系