热力学统计物理课件第1章ok
热力学统计物理-第五版-汪志诚-精ppt课件
描述）.
单位：
1 m 3 1 0 3 L 1 0 3 d m 3
3 温度 T : 气体冷热程度的量度（热学描述）.
单位：K（开尔文）.
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简单系统：一般仅需二个参量就能确定的系统， 如PVT系统。
单相系：
复相系：
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21
§1.2 热平衡定律和温度
一、热力学第零定律 热交换：系统之间传热但不交换粒子
热平衡：两个系统在热交换的条件下达到了一 个共同的平衡态。
经验表明：如果两个系统A和B同时分别与第三个系 统C达到热平衡，则这两个系统A和B也处于热平衡。 称热力学第零定律（热平衡定律）
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为了描绘一个系统与另外一个系统处于 热平衡 需要一个物理量：温度
（1）日常生活中，常用温度来表示冷热的程度
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。
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热力学理论的发展简介 Introduction to Development of
① 热学
② 分子运动论
③ 原子物理学
2020④/4/29量子力学
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11
The Fundamental Laws of Thermodynamics
2020/4/29.Fra bibliotek12
目 录 Contents
热力学统计物理第一章
dW 0V H d μ 0 H dm
m V H 为介质的总磁矩（已经假设介质是均匀极化的）
（5）准静态过程做功的通用式
准静态过程中外界做功的通用式：
dW Yi dyi Ydy
Q dU pdV d (U pV ) dH
为系统的焓。
定义
H U PV
焓：也称为热函数，类似于熵为热商函量等于系统焓的增加。 •特征： 系统吸收的热量一部分用来增加系统的内能，另一部分 使系统对外界作功。
§ 1.3 热力学第二定律
安培定律给出了磁介质中的磁场强度H 为：
H l NI
dB l dW NA H dt N
dt Al H dB V H dB
为了简单，考虑各项同性磁介质(磁化是均匀的)：
B 0 H μ ;
0为真空磁导率
0 H 2 0 H 2 dW Vd 0V H d μ = Vd 0 H dm 2 2
1.文字叙述和数学表示： 外界对系统作功与系统从外界吸收热量之和等 于系统内能的增加，即 U B U A W Q 或写为
Q U (W )
即吸收的热量等于内能的增加与系统对外作功 之和。
3、说明 •符号规定：
U W Q
热量Q： 正号——系统从外界吸收热量 负号——系统向外界放出热量 功 W： 正号——外界对系统作功 负号——系统对外界作功 内能Δ U：正号——系统能量增加 负号——系统能量减小 •计算中，各物理量的单位是相同的，在SI制中为J
热力学统计第一章
第一章 热力学的基本规律
扬州大学物理科学与技术学院
(二)简单固体 1 液体 固体和液体的膨胀系数与压强近似无关, 但是温度 的函数。在一般温度下 固体膨胀系数的数量级是 液体膨胀系数的数量级是
105 ~ 104 K 1
104 ~ 103 K 1
6 1
固体的压缩系数的数量级是 10 atm
1 V
pv A Bp Cp 2 dp3 ... B' C ' D' pv A 2 3 ... v v v A(T),B(T),C(T), B’(T),C’(T)分别称为第一、第二、第三维里系数， 其值由实验确定。当压强趋于0，体积趋于无穷，过渡到理想气体。
第19页
V p T p T V 1 p T V
p
第14页
第一章 热力学的基本规律
扬州大学物理科学与技术学院
(一)气体 1662，玻意耳(Boyle)发现，对于给定质量的气体在 温度不变时，其压强p和体积V乘积是一个常数 PV=C 为玻意耳定律。 称完全遵守玻意耳定律的气体为理想气体。下面根据 玻意耳定律和理想气体温标，导出理想气体的物态方 程。
PV=C 为玻意耳定律
第16页
第一章 热力学的基本规律
扬州大学物理科学与技术学院
在相同的温度和压强之下，相等体积所含各种气体 的摩尔数相等。这称为阿伏伽德罗定律。 在气体的压强趋于零的极限条件下，阿氏定律是正 确的。因此，在摩尔数相同时对于各种理想气体
pV Constant T
第17页
第一章 热力学的基本规律
a. b. 期中测验 平时作业 每章小节 期末考试 期末小结
常规答疑两周一次
热力学统计物理第一章.ppt
二、关于熵函数的理解
1、熵函数中可以有一个任意的相加常量，重要的是 两态之间的熵变。 2、熵是广延量。
3、熵是状态函数，当系统的平衡态确定后，熵就完
全决定。仅对于可逆过程，积分 BdQ
用来作为熵增量的量度。
AT
才可以
A
不可逆
A
可逆
4、微分形式
B dS dQ
T 可
可逆
B
三、热力学基本方程
A
引入一个状态函数 S
B A可
dQ T
SB
SA
状态函数 S称为熵。
物理意义：系统从平衡态 到A平衡态 时，B 其熵的增量等 于由态 经A任意可逆路径到态 的热B 温比的积分。
如果系统由某一平衡态 经A过一个不可逆过程到达另一平 衡态 ，B和A 两态B 的熵差仍应根据上式沿由 态到A态的一B 个 可逆过程的积分来定义。
与QQ12工作物质则的特QQ12性无TT关12** ，所引进的温标显然
不依赖于具体的物质的特性，而是一种绝对温标，称为热
力学温标。（它是由开尔文引进的，所以又称为开尔文温
标，单位用 K表示，它与热力学温标是一致的。）
应用热力学温标表示的可逆热机的效率为：
1 Q2 1 T2
Q1
T1
n Qi 0
i1 Ti
要以上两式同时成立，应有： n Qi 0
T i 1 i
（可逆）
n
若系统原来的循环过程不是可逆的，则：
Qi
0
（不可逆）
T i 1 i
对于一个更普遍的循环过 程，求和推广为积分
dQ T
0
d表Q示系统从温度为 的热T 源吸收的热量
热力学第一章课件
热力学第一章
§1-1 热力系统
1 开口系
1
m
2
1+2 闭口系
WQ
1+2+3 绝热闭口系 1+2+3+4 孤立系
热力学第一章
状态参数的微分特征
设 z =z (x , y)
dz是全微分
Total
dzxzy
z dxyx
dy
differentials
充要条件：
2z 2z xy yx
可判断是否 是状态参数
热力学第一章
强度参数与广延参数
Intensive properties Extensive properties
4
3
非孤立系＋相关外界
＝孤立系
热力学第一章
热力系统其它分类方式
其它分类方式
均匀系 物理化学性质
非均匀系
工质种类
单元系 多元系
相态
单相 多相热力学第一章
简单可压缩系统
Simple compressible system
最重要的系统
只交换热量和一种准静态的容积变化功
Moving Boundary Work 容积变化功 Compression Work
氟化锂晶体的实验发现负的开尔文温度
3) T=0 0.5mw 2=0 分子一切运动停止，
零点能
热力学第一章
温度的热力学定义
热力学第零定律（R.W. Fowler in 1931） 如果两个系统分别与第三个系统处于
热力学与统计物理学.pptx
系数比较法(适用对象：求U、H、F、G的偏导数） 复合函数的偏导数法（适用对象：求两个函数偏导数之差）
f f f y (x)z (x)y(y)x(x)z
循环关系法(适用对象：求脚标为U、H、F、G的偏导数) x y z
例、求能态方程和焓态方程及Cp 、 Cv
熵变的计算
S是状态函数。在给定的初态和终态之间，系统 无论通过何种方式变化（经可逆过程或不可逆过程）， 熵的改变量一定相同。
当系统由初态A通过一可逆过程R到达终态B时求熵
变的方法：直接用
SB SA
B dQ
(
A
T
)R
来计算。
当系统由初态A通过一不可逆过程到达终态B时求熵变
的方法：
（1）把熵作为状态参量的函数表达式推导出来，再将
T V
V T
UFTSFTF
CV
U T V
H=U+pV
TV ，G=F+pV
（2)吉布斯函数G=G（T、p）
由G=G（T、p）和dG=—SdT+Vdp
例：求表面系统的热力学函数
表面系统指液体与其它相的交界面。
表面系统的状态参量： 、A、T 表面系统的实验关系： ＝（T） 分析：对于流体有f(p,V,T)=0, 对应于表面系统：p,AV
PA
p p(T)
B
固 A
液 C
气
在T—p图中，描述复相系统平衡热力学性Βιβλιοθήκη OLALC T
B P
固
液
PC
C
PA
A
气
O
LA
LC T
A---三相点 C---临界点
热力学与统计物理课件 统计物理部分 第一章 统计物理的基本概汇总
第一章统计物理的基本概念(The Fundamental Concepts of Statistical Physics §1.1统计物理简介(Simple Introduction of Statistical Physics历史:源于气体分子运动论(Kinetic Theory of Gases 1738Daniel Bernoulli提出。
Ludwig Bottzmann, 1844~1906J. Willard Gibbs, 1839~1903等人做了统计物理奠基性的工作,发展了统计系综理论,从而真正开创了统计物理的系统理论。
爱因斯坦(Einstein (1879~1955 , 普朗克(Planck (1858~1947等发扬光大。
在 20世纪(约 1910年后才被科学界广泛接受。
对这一事实确立起决定作用的是爱因斯坦的布朗运动的理论解释(1905年和 Jean Perrin (皮兰的实验验证。
统计物理起源于气体分子运动论,分子运动论的主要思想有三点:(1(2原子、分子处于不断热运动中。
(3原子、分子间有相互作用。
相互作用 Æ有序热运动 Æ无序这是一对矛盾。
热力学方法与统计物理方法的优缺点 :热力学方法的优缺点:逻辑推理和严格的数学运算来研究宏观物体的热学性质以及和热现象有关的一切规律。
所以热力学的结果较普遍、可靠,但不能求特殊性质。
统计物理方法的优缺点:现象有关的一切规律。
所以统计物理方法可求特殊性质,但其可靠性依赖于结构的假设,计算较麻烦。
此二者体现了归纳与演译的不同应用,可互相补充。
在统计物理方法中反映了三个问题 :(1微观结构?(2微观粒子运动态的描述?(3统计平均?这些是我们今后要特别关注的内容。
§1.2 系统微观运动状态的经典描述(Classical Description for Microscopic Motion State of System 一、物质的微观结构这是 20世纪三大基本理论问题之一,可以从不同层次进行讨论,从统计物理讨论物质的客观性质,主要在分子、原子层次。
热力学-统计物理第一章热力学基本定律
二、 功 1 、体积变化所做的功 外界对系统所做的功为
dW p外dV外 p外dV
如果过程是准静态的，活塞的摩擦阻力又 可忽略，则
p外 p
dW p dV
W V2 pdV V1
系统对外界所做的功为
W
V2
V1
CV
dH dT
dU dT
d U nRT
dT
dU dT
nR
定义比热比 C p
CV
则
CV
nR
1
,
C
p
nR
1
§ 1-8 理想气体的绝热过程
绝热过程，则： dQ 0
由热一定律：
dU dW dQ dW pdV
CV dT pdV 0
又 pV nRT
pdV Vdp nRdT
pdV Vdp Cv ( 1)dT 则 Vdp pdV 0 或 dp dV 0
四、非平衡态的描述 局域平衡假设。非平衡态相关内容本课程中不进行讲授，
有兴趣的可自学。
§1-2 热平衡定律与温度
一、 热平衡定律（热力学第零定律）
热平衡（P6-7）？ 物体A和物体B各自与处在同一状态的物体C达到热平衡， 若令A和B进行热接触，它们也将处在热平衡。（经验）
二、 温度
热平衡定律
温度
温度：处于热平衡的系统，分别存在一个态函数，其值相等，定
一般Cp= Cp(T,p)
§ 1-7 理想气体的内能
一、焦耳定律
焦耳系数：
T
V U
试验结论： 0
又 U UT,V
U V
T
T V
U
•
热力学与统计物理-第一章-热力学与统计物理
W Q1 Q2 T1 T2
• 热现象的逆过程结论完全不同，是否有方向性？
能把热力学的基本规律归结于一个 基本的统计原理；可以解释涨落现 象；可以求得物质的具体特性。
统计物理学所得到的理论结论往往 只是近似的结果。
第一章 热力学的基本规律
本章主要介绍热力学的基本规律以及常见的基本 热力学函数。
热平衡定律和温度
一. 热平衡定律 温度
各自与第三个物体达到热平衡的两个物体，彼此也处于 热平衡。而且它们具有共同的宏观性质——相同的温度。
热力学与统计物理
—— 关于热现象的理论
热·统
热力学
研究的对象 与任务相同
统计物理
热现象的宏观理论。
基础是热力学三个定律。
结论具有高度的可靠性和普 遍性。 不能导出具体物质的具体特 性；也不能解释物质宏观性 质的涨落现象等。
热现象的微观理论。
认为宏观系统由大量的微观粒子所 组成，宏观物理量就是相应微观量 的统计平均值。
dW Yidyi
i
yi 是外参量，Yi 相应的广义力。
三. 广延量与强度量
广延量（Extensive Quantity） 与系统的大小（空间的范围或自由度的数目）成正比的热
力学量。如：系统的质量M，摩尔数n，体积V，内能U, 等等。
强度量（Intensive Quantity） 不随系统大小改变的热力学量。例如：系统的压强p，温
热力学系统（简称为系统） 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。
热力学统计物理_第一章_ppt课件
物质交换
系统
能量交换
孤立系统
仅有能量交换
系统
闭系
能量交换+物质交换
系统
物质交换
能量交换
开放系统
2. 平衡态：在不受外界的影响的条件下（孤立系统）， 系统的宏观性质不随时间变化的状态。 不受外界影响，指系统不与外界进行能量和物质交换。
3. 关于平衡态的几点说明 （1）实际系统都要或多或少地受到外界影响，不受外 界影响的孤立系统，同质点模型、刚体模型、点电荷模 型和点光源模型一样都是一个理想化的概念；
（3）二者联系： 热力学对热现象给出普遍而可靠的结果，可以 用来验证微观理论的正确性； 统计物理学则可以深入热现象的本质，使热力 学的理论获得更深刻的意义。
第ห้องสมุดไป่ตู้章
热力学的基本规律
热力学是研究热现象的宏观理论——根据实验总结 出来的热力学定律，用严密的逻辑推理的方法，研 究宏观物体的热力学性质。 热力学不涉及物质的微观结构，它的主要理论基础 是热力学的三条定律。 本章的内容是热力学第一定律和热力学第二定律。
热平衡系统所具有的共同宏观性质
热平衡温度相同
T
p
A
B
T
p
2. 温度函数引入证明如下：
C
互为热平衡的两系统， 其状态参量不完全独立， A B 要被一定的函数关系所制约。 即热平衡条件为： F 若A与C达到热平衡: AC( pA,V A; p C,V C) 0 B与C达到热平衡:
F BC( p B,V B; p C,V C) 0
质的参量，如电场强度和磁场强度，极化强度和磁化
强度等，称为电磁参量。 2、状态参量的种类：力学参量、几何参量、化
学参量、电磁参量
热力学统计物理——第1章(热力学的基本规律)
定压膨胀系数α
1 V ( )P V T
（2）Biblioteka 压强系数β1 p ( )V p T
（3）
等温压缩系数KT
KT
1 V ( )T V p
（4）
三者关系
KT p
（5） 返回
（2）理论方法
依据具体物质的性质，建立微观模型，应用统 计物理理论导出。
返回
二、气体物质的物态方程
十、理想气体卡诺循环
返回
一、准静态过程及其性质
⒈准静态过程及其性质 系统状态的变化叫过程。如果一个系统经历的过程进行得无限缓 慢，系统在过程中的每一个状态都可以看作平衡态，则这种过程叫 准静态过程。准静态是一种理想情况。
等容
⒉准静态过程的性质
等压
（1）可用p—V等状态图中的一条 连续曲线表示。理想气体的等温、 等压、等容过程曲线如图1.4.1所示。 （2）准静态过程中，外界对系统的 压强等于气体的压强。
Q (U A U B ) W外
（2）
返回
2、热力学第一定律
将W外=－W （系统对外作功的负值）代入（2），得到：
Q (U B U A ) W
（3）
该式表明：系统从外界吸收的热量等于系统内能的增加与 系统对外作功的和，这就是热力学第一定律的数学表示。 热力学第一定律的微分形式为：
dW dA
σ为表面张力系数
⑶
dW dp
dW o HdM
⑷
⑸
dW Xdx
⑹
x是系统外参量，称广义坐标；X是广义力。对多个外参量则：
dW X1dx1 X i dxi X i dxi
⑺
返回
三、内能的概念
热力学与统计物理课件 统计物理部分 第一章 统计物理的基本概念
第一章统计物理的基本概念（The Fundamental Concepts of Statistical Physics）§1.1统计物理简介（Simple Introduction of Statistical Physics）历史：源于气体分子运动论（Kinetic Theory of Gases）1738年：第一个气体分子运动论模型由瑞士物理学家柏努利（Daniel Bernoulli）提出。
奥地利物理学家玻尔兹曼（Ludwig Bottzmann，1844~1906）、美国科学家吉布斯（J. Willard Gibbs，1839~1903）等人做了统计物理奠基性的工作，发展了统计系综理论，从而真正开创了统计物理的系统理论。
爱因斯坦（Einstein（1879~1955））, 普朗克（Planck （1858~1947））等发扬光大。
在20世纪（约1910年后）才被科学界广泛接受。
对这一事实确立起决定作用的是爱因斯坦的布朗运动的理论解释（1905年）和Jean Perrin （皮兰）的实验验证。
统计物理起源于气体分子运动论，分子运动论的主要思想有三点：（1）物质由大量原子、分子组成。
（2）原子、分子处于不断热运动中。
（3）原子、分子间有相互作用。
相互作用Æ有序热运动Æ无序这是一对矛盾。
热力学方法与统计物理方法的优缺点:热力学方法的优缺点：热力学以大量实验总结出来的几条定律为基础，应用严密的逻辑推理和严格的数学运算来研究宏观物体的热学性质以及和热现象有关的一切规律。
所以热力学的结果较普遍、可靠，但不能求特殊性质。
统计物理方法的优缺点：统计物理从物质的微观结构出发，考虑微观粒子的热运动，通过求统计平均来研究宏观物体的热学性质以及和热现象有关的一切规律。
所以统计物理方法可求特殊性质，但其可靠性依赖于结构的假设，计算较麻烦。
此二者体现了归纳与演译的不同应用，可互相补充。
热力学与统计物理
热力学与统计物理热力学与统计学的研究任务：研究热运动的规律，研究与热运动有关的物质及宏观物质系统的演化。
热力学的局限性：不考虑物质的微观结构，把物质看作连续体，用连续函数表达物质的性质，不能解释涨落现象。
热力学部分第一章 热力学的基本规律1、热力学与统计物理学所研究的对象：由大量微观粒子组成的宏观物质系统 其中所要研究的系统可分为三类孤立系：与其他物体既没有物质交换也没有能量交换的系统；闭系：与外界有能量交换但没有物质交换的系统；开系：与外界既有能量交换又有物质交换的系统。
2、弛豫时间：系统由初始状态达到平衡态所经历的时间（时间长短由趋向平衡的性质决定），取最长的弛豫时间为系统的弛豫时间3、热力学平衡态：一个系统不论其初始状态如何复杂，经过足够长的时间后，将会达到这样的状态，即系统的各种宏观性质在长时间内不发生任何变化。
4、准静态过程：进行得非常缓慢的过程，系统在过程中经历的每一个状态都可以看成平衡态5、热力学系统平衡状态的四种参量：几何参量、力学参量、化学参量和电磁参量6、简单系统：只要体积和压强两个状态参量就可以确定的系统7、单相系（均匀系）：如果一个系统各个部分的性质完全一样，则该系统称为单相系； 复相系：如果整个系统是不均匀的，但可以分成若干个均匀的部分，称为复相系8、热平衡定律：如果物体A 和物体B 各自与处于同一状态的物体C 达到热平衡，若令A 与B 进行热接触，它们也将处于热平衡状态。
（得出温度的概念，比较温度的方法）9、物态方程：给出温度与状态函数之间参数的方程10、理想气体：符合玻意耳定律、阿氏定律和理想气体温标的气体11、焦耳定律：气体的内能只是温度的函数，与体积无关，即)(T U U =12、玻意耳定律：对于固定质量的气体，在温度不变时，压强和体积的乘积为常数13、阿氏定律：在相同的温度压强下，相同体积所含的各种气体的物质的量相同14、范德瓦尔斯方程：考虑了气体分子之间的相互作用力（排斥力和吸引力）,对理想气体状态方程作了修正之后的实际气体的物态方程15、广延量：热力学量与系统的n 、m 成正比强度量：热力学量与n 、m 无关（广延量除以n 、m 、V 变成强度量）16、能量守恒定律：自然界中一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，可以从一种形式转化为另一种；从一个物体传递到另一个物体，在传递和转化中能量的数量不变。
热力学与统计物理课件 热力学部分 第一章 热力学基本概念与基本定律
热力学﹒统计物理(Thermodynamics and statistical Physics)厦门大学物理系2007年2月参考书：1. 熊吟涛《热力学》2. M.W. Zemansky“Heat and Thermodynamics”3. 苏汝铿《统计物理学》4. F.Mandle“Statistical Physics”网上资源:/statisticalphysics/jpkc绪论（Preface）一、热力学与统计物理的研究对象、方法与特点研究对象：宏观物体热性质与热现象有关的一切规律。
方法与特点：热力学：较普遍、可靠，但不能求特殊性质。
以大量实验总结出来的几条定律为基础，应用严密逻辑推理和严格数学运算来研究宏观物体热性质与热现象有关的一切规律。
统计物理：可求特殊性质，但可靠性依赖于微观结构的假设，计算较麻烦。
从物质的微观结构出发，考虑微观粒子的热运动，通过求统计平均来研究宏观物体热性质与热现象有关的一切规律。
两者体现了归纳与演绎不同之处，可互为补充，取长补短。
二、热力学理论的发展（1）经典热力学1824年，卡诺（Carnot）：卡诺定理1840’s，迈尔（Mayer）焦耳(Joule)：第一定律：能量守恒定律1850’s克劳修斯（Clausius）1850年，开尔文（Kelvin）1851年：第二定律：熵增加原理能斯脱（Nernst）：第三定律：不可能将物体的温度降到绝对零度。
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。
二、热力学理论的发展1930’s：（2）非平衡态热力学，分为a. 线性非平衡态热力学，翁萨格（Onsager）1968年，诺贝尔奖b. 非线性非平衡态热力学，普里果金（Prigogine）1977年，诺贝尔奖近年来：有限时间热力学工程热力学第一章热力学基本概念与基本定律（The Fundamental Concepts and Law of Thermodynamics）§1.1 平衡态、温度、物态方程（Equilibrium state, Temperature and Equation of State）一、平衡态：1.系统与外界：热力学系统（或简称体系或系统）是指一个宏观的系统，它一般由大量的微观粒子组成。
热力学统计物理第一章-市公开课获奖课件省名师示范课获奖课件
“热统“课程旳内容及要求“热统” 课程在理科物理类专业一年级第二学期开设。课堂教学（其中涉及课堂讲授、习题课、讨论课、课后小论文等）共64课时。
三、热力学与统计物理学旳比较与关系 研究对象相同。 研究措施不同。 对于宏观旳、具有大量粒子旳系统，两者能给出相同旳成果，即高度可靠旳热力学为统计物理学作严格旳检验，而统计物理学则赋于热力学以更深刻旳含义。
四、学习旳意义
热力学与统计物理学是一门基础科学。她是固体、液体、气体、等离子体理论和激光理论旳基础之一。她旳概念和措施在原子核和基本粒子中也有许多应用，而且日益广泛地渗透到化学、生物学等学科中去。尤其是近年来，出现许多鼓舞人心旳进展。各态历经理论、非线性化学物理、随机理论、量子流体、临界现象、流体力学以及输运理论等方面旳新成果，使这门学科发生了革命性旳变化。能够预言，伴随科学技术旳迅速发展，热力学与统计物理学这门学科将愈加生机勃勃。
三、状态参量
1、 被选作能够拟定系统平衡态旳独立旳宏观物理量，称为状态参量。一般可测量旳物理量都可选作状态参量，如压强、体积、温度、磁场强度、磁化强度等。2、状态函数：表达为状态参量函数旳其他宏观量。 气体：压强和体积可独立变化，为状态参量。3、阐明： 1） 系统需要旳独立状态参量个数是由系统旳性质和外界条件决定。 2）状态参量可分为内参量和外参量两种。内参量表达系统内部旳 状态，外参量表达系统周围环境旳情况。 3）热力学量可分为强度量和广延量。强度量与系统旳质量无关，广延量则与系统旳质量成正比。4）平衡态相应P-V图上旳一点。
热力学统计物理_课件
•第零定律不仅给出了温度的概念，而且指出了判别两
个系统是否处于热平衡的方法——测量温度是否相同。
系统C（温度计）
热接触 热接触
热平衡吗？
系统A
2016/12/4
系统B
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二、温标
定义：温度的数值表示法叫做温标 温标三要素：测温物质、固定点、测温特性与温度的关系。
三类温标： 1 经验温标：在经验上以某一物质属性随温度的变化为依
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）.
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。
2016/12/4
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三、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
状态参量
几何参量：体积
力学参量：压强 化学参量：摩尔数，浓度，摩尔质量 电磁参量：电场强度，电极化强度，磁场强度，磁化强度 热学参量：温度（直接表征热力学系统的冷热程度）
本课程主要讨论以下两个部分内容：
（1）热力学部分（1-4章）； （2）统计物理学的知识（6-8章）；
预备知识
Preliminaries
1. 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 概率基础知识（附录B） 统计物理学常用的积分形式（附录C）
热力学理论的发展 Development of Thermodynamics
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（1912）第三定律
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d W VEdD Vd (0E2 ) VEdP
2
4.磁介质的磁化功
dW
VHdB
Vd( 0 H 2 )
2
பைடு நூலகம்
0VHdM
5.一般情况下，准静态中，外界对系统做功
d W Yidyi
i
§1.5热力学第一定律
EV 0dE EVdP
Vd (0 E 2 ) EVdP
2
U
第一部分是激发电场作的功，第二部分是使介质
极化所作的功。当热力学系统不包括电场时，只
须考虑使介质极化作的功。
四、磁介质的磁化功
外界电源为克服反向电动势，在dt时间内对磁介 质作的功为
d W ' Idt [N d( AB)]( l H )dt AlHdB VHdB
C.实际气体的状态方程:
范德瓦耳斯方程： 昂尼斯方程：
an2 ( P V 2 )(V nb) nRT
p
nRT
1
n
B(T )
n
2
C(T )
n
3 D(T )
V V
V
V
B(T ),C(T ), D(T ) 第二、第三…位力系数
2.简单的固体和液体（已知：α、κT) V(T,P)=V0 (T0,P0)[1+ α(T-T0)- κT(P-P0)]
2.理想气体温标：
p T 273.16K lim( )
p pt 0 t
3.热力学温标：不依赖任何具体物质特性的温标。 4.在理想气体可以使用的范围内，理想气体温标与热
力学温标是一致的。
§1.3物态方程
一.物态方程是温度与状态参量之间的函数关系。对于简 单系统：有f(P,V,T)＝0
二.与物态方程有关的三个物理量的定义
dt N
VH 0d(H M )
VH 0dH VH 0dM
Vd
(
0 H
2
2
)
0VHdM
第一部分是激发磁场作的功，第二部分是使介质
磁化所作的功。当热力学系统不包括磁场时，只
须考虑使介质磁化作的功。
二.准静态过程的功
1.体积变化功
d W PdV
2.液体表面膜面积变化功 dW dA
3.电介质的极化功
由（3）和（4）得：
g A ( pA,VA ) gB ( pB ,VB )
（2） （3）
（4）
存在着态函数g(P,V)用来表征系统热平衡状态下的 特征，经验表明，这就是系统的温度。
三.温度计与温标 1.经验温标：凡是以某物质的某一属性随冷热程度
的变化为依据而确定的温标称为经验温标。
p TV 273.16K pt
表面张力有使液面收缩的趋势， 当将移动边外移一个距离dx时，外界 克服表面张力对系统作的功为
dW 2Fdx 2ldx dA
从而有
W A2 dA A1
三、电介质的极化功
当将电容器的电荷量增加时外界对电介质所作的功为
d W Udq Eld ( A ) ElAd EVdD
EVd (0E P )
热力学与统计物理学
导
言
一.热力学与统计物理学的研究任务是什么? 1.物质的热运动：大量微观粒子的无规则运动。 2.研究任务：研究热运动的规律及热运动对物质宏
观性质的影响。
二.热力学与统计物理学的研究方法有什么特点？
1.热力学（热运动的宏观理论）
热力学不考虑物质的微观结构，而是从实验总结 的定律出发经过严密的逻辑推理得到物体宏观热性 质间的联系，从而揭示热现象的有关规律。
（1）
由B与C平衡，有： fBC ( pB ,VB , pC ,VC ) 0 pC FBC ( pB ,VB ,VC )
FAC ( pA,VA ,VC ) FBC ( pB ,VB ,VC )
由热平衡定律（热力学第零定律），必有A与B平衡，
f AB ( pA,VA, pB ,VB ) 0
第一章 热力学基本定律
§1.1平衡态及其描述 一、系统的分类 （孤立系、闭系、开系）
有无能量交换 有无物质交换
无
无
有
无
有
有
系统种类 孤立系 闭系 开系
二、热力学平衡态
一个孤立系统，不论其初态如何复杂，经过足够 长的时间后，将会到达这样的状态，系统的各种宏观 性质在长时间内不发生任何变化，这样的状态称为热 力学平衡态。
优点： 高度的可靠性和普遍性。
缺点: (1)必须结合实验观测数据才能得到具体结果。 (2)不能解释宏观性质的涨落。
2.统计物理学（热运动的微观理论）
统计物理认为，热现象是微观粒子热运动的宏观 表现，而实际观测到的宏观热力学量则是相应微观力 学量的统计平均值。 优点：
(1)深入到热运动的本质，求出物质的具体特性。 (2)可以解释宏观性质的涨落。 缺点: 对微观物质模型的假设往往是简化的，结论往往 是近似的
§1.2热平衡定律及温度
一、热平衡定律(热力学第零定律）
如果两个物体各自与第三个物体处于热平衡，则它们 彼此也处在热平衡.
c
c
ab
ab
二、态函数温度
由A与C平衡，有： f AC ( pA,VA, pC ,VC ) 0 pC FAC ( pA,VA,VC )
（1）
由A与C平衡，有： f AC ( pA,VA, pC ,VC ) 0 pC FAC ( pA,VA,VC )
1.体 积 膨 胀 系 数:＝ 1
V
( V T
)p
2.压
强
系
数
：
＝
1 p
(
p T
)V
3.等 温 压 缩 系
数
：
＝
T
－1 V
(
V p
)T
三者之间存在关系： T p＝
三.物态方程的具体形式：
1.气体的物态方程. a.玻意耳－马略特定律与阿伏加德罗定律
PV C, n M /
b.理想气体状态方程:
PV nRT
三、状态函数
1.状态参量:可以独立改变的宏观物理量 2.状态函数 3.非热学特有参量（四类基本参量）
几何参量，力学参量，化学参量，电磁参量 4.热学特有参量 5.简单系统（Ｐ，Ｖ）
四、相
一个物理性质均匀的系统称为一个相。根据相的 数量，可以分为单相系和复相系。
五、热力学量的单位 长度m，体积m3，力1N=1kg·m·s-2，压强pa=N·m-2 1Pn=101325Pa(帕斯卡) 能量J=N·m
3.顺磁介质：M=CH/T(实验公式） 四.广延量和强度量
§1.4 功
一、盛在带有活塞的容器中的气体或液体 在准静态过程中外界对系统作的元功
dW PAdx PdV
对于体积发生有限改变，外界 对系统作的功为
W VB PdV VA
在等压过程中
W P(VB VA ) PV
二、液体表面薄膜