材料热力学全套课件
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a d
a b
H bc H cd
例1.2
H ab H bc
第二章 热力学第二定律和第三定律
2.1 熵和热力学第二定律 2.2 熵的统计概念 2.3 配置熵（组态熵、混合熵） 2.4 固溶体的混合熵 2.5 振动熵和磁性熵 2.6 热力学第三定律 2.7 Richard和Trouton规则 2.8 例题
可逆压缩，恒温过程
Q W
V1
V1
V1 V2
pHale Waihona Puke BaiduV
dV V1 nRT nRT ln V1 V2 V V1 V2 Q V1 S1 S 2 nR ln T V1 V2
不可逆膨胀熵的增加 非隔离体系
V1 V2 S S 2 S1 nR ln V2 S S 体系 S 环境
2.1 熵和热力学第二定律2
绝热 体系 金属块
1
细丝
2
T1＞ T2， △S＞0，过程自发进行 T1＝ T2， △S＝0，平衡
2.1 熵和热力学第二定律3
隔离 体系 腔室
1 1
活门
2
2
理想气体
真空
2.1 熵和热力学第二定律4
隔离 体系 腔室 1 V1 2 V2
1
2
无摩擦活塞
理想气体 真空
2.1 熵和热力学第二定律5
纯固体、液体，恒温 斜率 - △ST，
T=0， △G ＝ △H 即T→0， △S →0， △Cp →0
GT HT TST
△H, △G △H △G 0 T
2.6 热力学第三定律3
微分 而 因此 当
G H S T S T p T p T p G S T p H S T C p T p T p T 0, G H 0 , 0 T p T p S S 0, C p 0 在T 0, 下 T p
2.6 热力学第三定律4
热力学第三定律： 对凝聚态所有物质的一切反应，在0K温度时， 其熵值为零。 不完善 ★玻璃及非晶态过冷液体 ★溶液的配置熵在0K时未必为零 ★化学纯元素，含有同位素 ★纯晶体含有点缺陷 改变： 均匀相在内部完全平衡时，0K的熵值为零
S＝ Nk x ln x (1 x) ln(1 x) 0
x=0及x=1附近时 △S增大较快 获得高纯度金属很难
2.5 振动熵和磁性熵
振动熵：应用于不 完整的晶体中 磁性熵：应用于铁 磁性材料
2.6 热力学第三定律1
由 等压可逆过程
Q可逆 dS T dT Q dH dS C p T T p T p
2.1 熵和热力学第二定律1
熵：进行自发过程的体系，在一 定温度下吸收（或放出）热量， 则体系的熵值变化 度量体系进行自发过程的不可逆 程度的热力学参数。 △S＞0，过程自发进行 量刚：熵单位（e.u.） 1e.u.=1cal/(mol· K)= 4.184J /(mol· K)
Q S T
材料热力学
目录1
第一章 热力学第一定律 第二章 热力学第二定律和第三定律 第三章 自由能 第四章 麦克斯韦方程及其应用 第五章 单元系中的相平衡 第六章 溶液
目录2
第七章 二元系的自由能 第八章 相平衡 第九章 相图热力学 第十章 相变热力学 第十一章 统计热力学 第十二章 溶液的统计热力学 第十三章 化学平衡热力学
一定成分、封闭体 S S (T2 , p) S (T1 , p) 系、恒压， T1 →T2， T2 dT T2 Cp C p d ln T 1mol体系 T1 T T1 T 任何温度下，熵值 ST S0 C p d ln T 0 一般形式
2.6 热力学第三定律2
2.1 熵和热力学第二定律6
热力学第二定律表达式 可逆过程 不可逆过程 热力学第二定律表述： 一个隔离体系的熵值总 是增加，直至平衡态
dS Qrev / T dS Q / T
2.2 熵的统计概念
熵作为体系“混乱程度”的量度 统计力学假设体系的平衡态只是各种可能 微观态中的最可几态。 玻耳兹曼公式（熵的一般表达式） S k ln 表达体系的熵值和它内部粒子混乱度Ω之间 的定量关系。在一定的总能量U、体积V和 粒子数n时，体系的混乱度越大，熵值越大。 当呈最可几态（ Ω最大 ），熵值最大，即 体系的平衡态。
2.3 配置熵（组态熵、混合熵）
配置熵： 体系进行吸热或放热过程时，使内部粒 子混乱度Ω改变 体系内部粒子在空间有效位置间进行不 同配置（混合）时，混乱度Ω改变 引起的熵变。
配置（1） ＝ 1 N! S配置＝k ln 配置（2） k ln n!( N n )!
2.4 固溶体的混合熵
1.3 焓和比热容1
焓是状态函数
等压过程
H u pV dp 0 Q dH H Q p
1.3 焓和比热容2
恒容比热容 Cv 恒压比热容 Cp
1.4 标准态
标准态： 1个大气压，研究温 度下的稳定状态
1.5 例题
要点 状态函数H Cp(l)(s)，中p，l，s涵义 绝热器，绝热变化 例1.1 H H
第一章 热力学第一定律
1.1 热力学第一定律 1.2 状态函数和全微分 1.3 焓和比热容 1.4 标准态 1.5 例题
1.1 热力学第一定律
du Q W
一般把非热力的交互作用归入到功中
1.2 状态函数和全微分
状态函数：与体系 的特定状态联系在 一起，其数值仅取 决于过程的始终态， 与途经无关。 包括u，p，V，硬度， 等
a b
H bc H cd
例1.2
H ab H bc
第二章 热力学第二定律和第三定律
2.1 熵和热力学第二定律 2.2 熵的统计概念 2.3 配置熵（组态熵、混合熵） 2.4 固溶体的混合熵 2.5 振动熵和磁性熵 2.6 热力学第三定律 2.7 Richard和Trouton规则 2.8 例题
可逆压缩，恒温过程
Q W
V1
V1
V1 V2
pHale Waihona Puke BaiduV
dV V1 nRT nRT ln V1 V2 V V1 V2 Q V1 S1 S 2 nR ln T V1 V2
不可逆膨胀熵的增加 非隔离体系
V1 V2 S S 2 S1 nR ln V2 S S 体系 S 环境
2.1 熵和热力学第二定律2
绝热 体系 金属块
1
细丝
2
T1＞ T2， △S＞0，过程自发进行 T1＝ T2， △S＝0，平衡
2.1 熵和热力学第二定律3
隔离 体系 腔室
1 1
活门
2
2
理想气体
真空
2.1 熵和热力学第二定律4
隔离 体系 腔室 1 V1 2 V2
1
2
无摩擦活塞
理想气体 真空
2.1 熵和热力学第二定律5
纯固体、液体，恒温 斜率 - △ST，
T=0， △G ＝ △H 即T→0， △S →0， △Cp →0
GT HT TST
△H, △G △H △G 0 T
2.6 热力学第三定律3
微分 而 因此 当
G H S T S T p T p T p G S T p H S T C p T p T p T 0, G H 0 , 0 T p T p S S 0, C p 0 在T 0, 下 T p
2.6 热力学第三定律4
热力学第三定律： 对凝聚态所有物质的一切反应，在0K温度时， 其熵值为零。 不完善 ★玻璃及非晶态过冷液体 ★溶液的配置熵在0K时未必为零 ★化学纯元素，含有同位素 ★纯晶体含有点缺陷 改变： 均匀相在内部完全平衡时，0K的熵值为零
S＝ Nk x ln x (1 x) ln(1 x) 0
x=0及x=1附近时 △S增大较快 获得高纯度金属很难
2.5 振动熵和磁性熵
振动熵：应用于不 完整的晶体中 磁性熵：应用于铁 磁性材料
2.6 热力学第三定律1
由 等压可逆过程
Q可逆 dS T dT Q dH dS C p T T p T p
2.1 熵和热力学第二定律1
熵：进行自发过程的体系，在一 定温度下吸收（或放出）热量， 则体系的熵值变化 度量体系进行自发过程的不可逆 程度的热力学参数。 △S＞0，过程自发进行 量刚：熵单位（e.u.） 1e.u.=1cal/(mol· K)= 4.184J /(mol· K)
Q S T
材料热力学
目录1
第一章 热力学第一定律 第二章 热力学第二定律和第三定律 第三章 自由能 第四章 麦克斯韦方程及其应用 第五章 单元系中的相平衡 第六章 溶液
目录2
第七章 二元系的自由能 第八章 相平衡 第九章 相图热力学 第十章 相变热力学 第十一章 统计热力学 第十二章 溶液的统计热力学 第十三章 化学平衡热力学
一定成分、封闭体 S S (T2 , p) S (T1 , p) 系、恒压， T1 →T2， T2 dT T2 Cp C p d ln T 1mol体系 T1 T T1 T 任何温度下，熵值 ST S0 C p d ln T 0 一般形式
2.6 热力学第三定律2
2.1 熵和热力学第二定律6
热力学第二定律表达式 可逆过程 不可逆过程 热力学第二定律表述： 一个隔离体系的熵值总 是增加，直至平衡态
dS Qrev / T dS Q / T
2.2 熵的统计概念
熵作为体系“混乱程度”的量度 统计力学假设体系的平衡态只是各种可能 微观态中的最可几态。 玻耳兹曼公式（熵的一般表达式） S k ln 表达体系的熵值和它内部粒子混乱度Ω之间 的定量关系。在一定的总能量U、体积V和 粒子数n时，体系的混乱度越大，熵值越大。 当呈最可几态（ Ω最大 ），熵值最大，即 体系的平衡态。
2.3 配置熵（组态熵、混合熵）
配置熵： 体系进行吸热或放热过程时，使内部粒 子混乱度Ω改变 体系内部粒子在空间有效位置间进行不 同配置（混合）时，混乱度Ω改变 引起的熵变。
配置（1） ＝ 1 N! S配置＝k ln 配置（2） k ln n!( N n )!
2.4 固溶体的混合熵
1.3 焓和比热容1
焓是状态函数
等压过程
H u pV dp 0 Q dH H Q p
1.3 焓和比热容2
恒容比热容 Cv 恒压比热容 Cp
1.4 标准态
标准态： 1个大气压，研究温 度下的稳定状态
1.5 例题
要点 状态函数H Cp(l)(s)，中p，l，s涵义 绝热器，绝热变化 例1.1 H H
第一章 热力学第一定律
1.1 热力学第一定律 1.2 状态函数和全微分 1.3 焓和比热容 1.4 标准态 1.5 例题
1.1 热力学第一定律
du Q W
一般把非热力的交互作用归入到功中
1.2 状态函数和全微分
状态函数：与体系 的特定状态联系在 一起，其数值仅取 决于过程的始终态， 与途经无关。 包括u，p，V，硬度， 等