热力学统计物理第二章.ppt

《热力学统计物理第二章.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、古代希腊人假定：定律是关于某个全过程或某个物体完整形状的描述。伽利略和牛顿提出了现代物理中新的描述方法：不是试图一步直接建立一个过程所有状态之间的关系式，而是把过程的一个状态和下一个状态联系起来。用某个状态在无穷小的时间和空间的变化率即导数及增量描述对邻近状态的影响。这种自然定律就是一个状态和邻近状态之间关系的表达式。再通过这种微小增量的积累，获得全过程整体关系。第二章均匀物质的热力学性质§2.0引言如何描述物理过程及规律？§2.1内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分一、热力学重要函数和方程⒈基本热力学函数物态方程P=P(T,V)；内能：

2、U；熵S。2.自由能和其它热力学势自由能：F=U－TS内能：U焓：H=U+pV吉布斯函数：G=U－TS+pV＝F+pV3.基本方程同理可得由热力学第一定律和第二定律可得：4.方程的其它形式热力学势U,H,F,G,从状态参量T,p,V和熵S中选择特定两个参量作为自己的自变量，由热力学理论就可推知系统的性质。比较5.热力学势函数特性同理，由H,F的全微分表达式和函数关系，得注意：交换求导顺序时，脚标要跟着交换。6.麦克斯韦关系式由：——麦克斯韦关系太阳小树山峰山谷太阳照在小树上（河流）由山峰流向山谷照向和流向方向一致取正号，否则取负号。看对方

3、的分母，取自己的脚标。dU=TdS-PdVdF=-SdT-PdVdH=TdS+VdPdG=-SdT+VdPGPHSUVFTGoodPhysicistsHaveStudiedUnderVeryFineTeachersSummary§2.2麦克斯韦关系的简单应用一、麦克斯韦关系的应用有：⑴用实验可测量的量（如状态方程，热容量Cp、CV、膨胀系数、压缩系数等）来表示不能直接测量的量（如U、H、F、G等）通常CV也不容易测定⑵用实验可以测量的量表示某些物理效应及物理量的变化率（§2.3的内容）⑶求基本热力学函数和特性函数，进而求出所有热力学函数（

4、§2.3、§2.4的内容）⑷讨论某些物质的热力学性质（§2.6、§2.7的内容）二、能态方程和焓态方程及Cp、CV⒈能态方程与CV令全微分由基本方程，并令S=S(T,V)得得到因为物态方程两式比较，并用麦氏关系称为能态方程给出CV的又一个计算公式在实验上是可测的，因此常把其它偏导数利用麦氏关系改写为与物态方程联系的形式。⒉焓态方程与Cp令H=H(T,p)，微分并与dH=TdS+Vdp比较，再由麦氏关系得到叫焓态方程。给出Cp的又一个计算公式三、热容差普适式应与物态方程联系水的密度在4oC,有极大值,表明此时体积有极小值,即CV通常实验上不

5、容易测得,因为物体温度升高时很难保持体积不变。所以实验上测Cp及三个系数来定CV例：理想气体的热力学性质对理想气体求得，将代入上式得代入能态方程和焓态方程，得，即理想气体的U和H只是温度的函数。四、运用雅可比行列式进行导数变换例：证明证明：§2.3气体的节流过程和绝热膨胀过程分析一、气体的节流过程及焦耳—汤姆孙效应⒈节流过程气体从高压的一边经多孔塞缓慢地流到低压的一端并达到稳恒状态的过程叫节流过程。多孔塞使气体缓慢流动高压强边低压强边2.理论分析3.焦-汤效应及其理论分析定义焦-汤系数节流过程温度随压强如何变化，温度对压强的变化率。节流过

6、程前后气体的温度发生变化的现象叫焦耳-汤姆孙效应。这是工业上常用的获得低温的方法之一。节流后气体温度降低节流后气体温度升高节流后气体温度不变理想气体：节流后气体温度不变4.等焓线若以T、p为自变量，H(T,p)=H0（常数）有：T=T(p)利用等焓线可以确定节流过程温度的升降.Tμ>0μ<0pH1切线斜率5.焦汤系数与反转曲线对于实际气体，等焓线存在着极大值为等焓线的斜率由等焓线最大值连成的曲线称为反转曲线，反转曲线.将T-p图分为致冷区与致温区。等焓线与反转曲线的交点对应的温度称为转换温度；反转曲线与T轴交点称为最高转换温度。焦汤系数气

7、体最高转换温度（K）压强为1个标准大气压时的沸点氧气89390.2氮气62577.3氢气20220.4氦气344.2二.准静态绝热膨胀过程取p,T为状态变量，熵S=S(p,T)从上式可知，绝热膨胀过程气体降温，且无需预冷。即绝热膨胀可获得低温。想知道这一等熵过程温度随压强如何变化，即：三.卡皮查液化机§2.4基本热力学函数的确定一.选T,V为自变量，则物态方程为：p=p(T,V)1.内能的表达式物态方程是热力学中最基本的方程，可由实验确定，因此从物态方程出发，结合其它实验参数可以确定系统的热力学函数。2.熵的表达式有了U,S可以求出其它的

8、热力学函数H,F,G二.若选T,p为自变量，则V=V(T,p)见p.74焓的全微分有了H,S可以求出其它的热力学函数U,F,G例以T,V为参量，求n摩尔理想气体的内能、熵和吉布斯函数。解：内能