考研_热统重点复习试题及解答

热统重点复习题2005一、名词解释：1、状态函数：任何一个物理量，只要它是描述状态的，是状态参量的单值函数，则该物理量就是状态函数。

2、内能：系统处于一定状态下是具有一定能量的，这种由系统热运动的宏观状态所决定的能量，就叫做内能。

3、自由能判据：对只有体积变化作功的系统，若体积、温度不变，则△F≤0该式表明：等温等容过程中自由能不增加，系统中发生的过程总是向着自由能减少的方向进行，平衡态时自由能最小。

4、吉布斯函数：1．定义G=U-TS+PV2．性质①是态函数，单位焦耳（J），广延量。

②由熵增加原理可知在等温等容过程中，有GA-GB≥W即等温等压过程中，除体积变化功外，系统对外作的功不大于吉布斯函数的减少。

即等温等压过程中，吉布斯函数的减少等于系统对外作的最大非膨胀功（最大功原理）.5、吉布斯判据：等温等压系统处在稳定平衡态的必要和充分条件是△G>0平衡态的吉布斯函数极小。

对等温等压系统中进行的过程，系统的吉布斯函数不增加，系统中发生的过程是向着吉布斯函数减少的方向进行，平衡态时，吉布斯函数最小（吉布斯判据）；6、黑体辐射：若一个物体在任何温度下都能将投射到它上面的电磁波全部吸收而无反射，则这种物体叫黑体，黑体的辐射叫黑体辐射。

7、熵判据：孤立系统处在稳定平衡态的必要和充分条件为△S<0平衡态熵极大。

8、自由能判据：等温等容系统稳定平衡态的必要和充分条件为△F> 0平衡态的自由能极小。

9、玻尔兹曼分布：玻尔兹曼分布是玻尔兹曼系统处于平衡态时的最概然（即最可几）分布，按照等概率原理，也就是系统微观状态数最多的分布。

10、玻尔兹曼关系：ΩSK=ln该式表明：熵是系统混乱程度（即无序度）的定量表示，它等于玻尔兹曼常数K乘以系统微观状态数的对数。

11、系综：系综是指由大量结构完全相同、处于给定的相同宏观条件下彼此独立的假想系统的集合，其中每一个系综都与实际讨论的真实系统有相同的哈密顿，但有不同的微观状态，这种系统的集合叫统计系综（简称系综）。

12、自由能的物理意义：在等温过程中，系统对外所做的功等于它的自由能的减少，这就是自由能的物理意义。

13、热力学第零定律：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡，则它们彼此也必定处于热平衡，这个结论通常叫做热力学第零定律。

14、等几率原理：对于处在平衡状态的孤立系统，系统各个可能的微观态出现的几率是相等的。

这是统计物理学中的基本假设。

15、自由焓的物理意义：在等温等压过程中，除去体积膨胀的一部分功以外，系统对外界所做的功等于它的吉布斯函数（自由焓）的减少，这就是自由焓的物理意义。

二、填空题：1、热力学第一定律反映了能量守恒和转换时应该遵从的关系，它引进了系统的态函数——内能。

2、对孤立系统，经过长时间后系统宏观性质不随时间而变的状态叫热力学平衡态。

3、热力学系统与外界的相互作用有两种形式：一种方法是使系统和外界进行热交换，另一种方法是使系统对外界做功或外界对系统做功。

4、热力学第二定律的开尔文说法反映了功热转换的不可逆性。

5、热力学第二定律的克劳修斯说法反映了热传导过程的不可逆性。

6、热力学中以熵的大小S描述状态的无序性，以熵的变化 S描述过程的方向性。

7、等温等压下发生的过程，物质总是由化学势大的物质相向化学势小的物质相转移。

8、若系综是由大量的孤立系统（即总粒子数N、能量E和体积V具有确定值的系统）构成，则这种系统称为微正则系综；它的概率分布叫微正则分布。

9、若系综是由大量的恒温系统（即总粒子数N、温度T和体积V有确定值的系统）构成，则这种系统称为正则系综，它的概率分布叫正则分布。

10、若系综是由大量的开放系统（即温度T、体积V和化学势μ有确定值的系统）构成，则这种系统称为巨正则系综，它的概率分布叫巨正则分布。

11、热力学过程如果按过程的特征分类，可以分为等容过程、等压过程、等温过程和绝热过程。

12、在热力学中需要用几何参量、力学参量、化学参量和电磁参量等四类参量来描写热力学系统的平衡状态。

13、温度是决定一个系统是否与其他系统处于热平衡的宏观性质，它的特征就在于一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。

14、表示参量与温度之间联系的数学关系式被称为系统的物态方程。

15、将一个热力学平衡态的系统分为相等的两部分，如果一个热力学量对其一部分的数值和对整个系统的数值相等，则这个量叫做强度量。

16、热力学第一定律一方面说明了内能、热量和功可以相互转化，另一方面又表述了它们转化时的数量关系，所以这个定律是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有的特殊形式。

17、热力学第一定律说明了能量转化的数量关系。

热力学第二定律说明了过程的进行方向问题。

18、在绝热过程中，系统的熵永不减少，对于可逆绝热过程，系统的熵不变；对于不可逆绝热过程，系统的熵总是增加，这个结论叫做熵增加原理。

19、从涨落的角度看，正则分布是巨正则分布忽略粒子数N的涨落的结果，而微正则分布是正则分布忽略能量E的涨落的结果。

由于实际系统中所包含的粒子数N非常大，由系综平均求出的宏观量的相对涨落总是很小的，在处理实际问题中，三种系综宏观条件的差异并不表现出来。

20、当系综中各系统的微观状态发生变化时，各系统的代表点也将在 空间运动。

可以证明：代表点在运动过程中遵循刘维定理。

三、简述题：1、简述用熵的概念来表述热力学第二定律：在封闭系统中，热现象宏观过程总是向着熵增加的方向进行，当熵到达最大值时，系统到达平衡态。

2、简述温度的微观定义：温度是表征组成系统的微观粒子无规则运动的剧烈程度的物理量。

3、简述建立一种温标需要包含的三个要素：○1、选择某种物质（叫做测温物体）的某一随温度变化属性（叫做测温属性）来标志温度；○2、选择固定点；○3、对测温属性随温度的变化关系作出规定。

4、简述理想气体物态方程的适用条件：（1）无外场（不考虑重力等）作用下的理想气体；(2)大量粒子构成的系统且是惯性系；(3)系统处于平衡态；(4)温度不太低和不太高；5、简述内能的特征：内能是物质做热运动所具有的能量。

6、简述内能的微观定义：内能是系统中分子无规则运动能量总和的统计平均值。

7、简述内能性质：①是状态函数；②单位为焦耳（J）；③具有可加性，系统的内能是各部分能量之和，它是广延量。

8、简述热力学第一定律的重要性。

①它将机械能守恒定律推广到热现象中，是能量守恒与转换定律在热现象中的具体表现；②它否定了制造第一类永动机（即不供给能量而不断对外作功的机器）的可能性。

③它定义了内能、热量。

9、简述热力学第二定律的微观意义：从微观上说，热力学第二定律是反映大量分子运动的无序程度变化的规律。

10、简述熵函数具有的性质：○1、熵是物质系统的状态函数，即状态参量的单值函数。

○2、熵具有相加性。

就是说，一个热力学系统有几个部分组成时，整个系统的熵为各部分的熵的总和。

○3、在绝热过程中，若过程是可逆的，则系统熵不变；若过程是不可逆的，则系统熵增加。

不可逆绝热过程向熵增加方向进行，系统达到平衡态时，熵达到最大值。

因此，根据熵函数的变化可以判定不可逆过程的方向。

○4、在不绝热的可逆过程中，如果系统吸收热量，则它的熵增加；如果系统放出热量，则它的熵减少。

○5、由定义可知，熵的单位为焦耳每开尔文，是广延量。

11、简述熵增加原理和热力学第二定律的适用范围:①只适用于有限时间、有限空间的宏观系统。

对宇宙这类无限大的系统不适用；②不考虑引力，对引力占主导地位的膨胀宇宙不适用；③大量微观粒子组成的宏观系统，对少数粒子系统不适用；12、简述热力学第三定律的重要性：重要性在于：①定义了绝对熵；②指出了低温的极限和低温物质的性质。

13、简述相轨道的做法：做粒子相轨道步骤是：①确定粒子自由度r；②由给定条件确定广义动量与广义坐标满足的函数关系；③在ｐ--ｑ图中画出相轨道。

14、简述热力学第二定律的统计解释：宏观角度讲，绝热系统中的过程，总由向着熵增加的方向进行，平衡态时熵最大（熵增加原理）；从微观角度看来，就意味着绝热系统中的过程，总是由系统微观状态数少的（即有序度高）状态向微观状态数多（即无序度高）的状态进行，平衡态时，系统无序度（即混乱程序）最高。

15、简述热力学第三定律的统计解释：宏观角度讲，第三定律是讲绝对温度趋于零时，系统的熵趋于零。

微观角度看：系统中的粒子是能量子化的（能级），当绝对温度趋于零时，系统中各粒子均处于能量最低的状态，此时微观状态数Ω趋1，从而由玻尔兹曼关系式知：ΩS趋K=ln于零。

15、简单描述热量和功的本质区别：做功是能量传递的宏观形式，做功时系统和外界有宏观相对位移产生。

在做功的过程中，功是靠力的作用来完成的，做功的结果是把其他形式的能量转化为热运动的能量。

而热交换是能量传递的微观形式，发生热交换时系统与外界没有宏观相对位移产生。

在热交换过程中热量是靠温度差来传递的，而传递的热量是热运动的能量。

另外，热传递具有方向性，它只能自发地从高温物体传向低温物体，做功却没有这种方向性。

三、 证明和计算题：1、假设有两个物体，温度分别为T 1和T 2，且T 1〉T 2，将这两个物体接触，则它们之间将发生热交换，但与外界不交换热量，这两个物体合起来成为一个绝热系统。

设热量Q ∆从温度为T 1的物体传到温度为T 2的物体，则第一个物体的熵变为：11T QS ∆-=∆ 第二个物体的熵变为：22T QS ∆=∆ 两个物体的熵变总和为：0111221>⎪⎪⎭⎫⎝⎛-∆=∆+∆=∆T T Q S S S由此可见，热量从高温物体传到低温物体时，整个系统的熵增加。

反之，如果热量Q ∆从温度为T 2的物体传到温度为T 1的物体，则两个物体的熵变总和为：0111221<⎪⎪⎭⎫⎝⎛-∆=∆+∆=∆T T Q S S S因此，热量自动从低温物体传到高温物体时，将使整个系统的熵减少，和熵增加原理矛盾，因而这个过程是不可能发生的。

2、选择T 、V 为自变量时的熵：内能和熵都是广延量，因此对1摩尔理想气体有： TPdvdu TqdS +==δ （1） 因为理想气体的内能只是温度的函数，所以1摩尔理想气体的定容热容量是：dT du T u c vv =⎪⎭⎫⎝⎛∂∂= （2） 由此得到： dT c du v = （3） 0u dT c u v +=⎰ （4） 1摩尔理想气体的物态方程是：RT PV = （5）将（3）、（5）式代入（1）式，得： vdvRT dT c T dv v RT T dT c ds v v +=+=（6） 积分，得： 0ln s v R TdTc s v++=⎰ (7) 其中s 0是一个积分常数。

3、计算1摩尔范德瓦尔斯气体在下列过程中所做的功：a ．从初态P 1、V 1、T 1等温膨胀到终态P 2、V 2、T 1；b ．从初态P 1、V 1、T 1等压膨胀到状态P 1、V 2、T 2，再等容降压到终态P 2、V 2、T 1。