热力学与统计物理

《热力学与统计物理》课程教学大纲

课程英文名称：Thermodynamics and Statistical Physics

课程编号：0312043002

课程计划学时：48

学分：3

课程简介：

《热力学与统计物理》课是物理专业学生的专业基础课，与理论力学、量子力学、电动力学共同构成物理专业重要的四门必修课，通常称为物理专业的四大力学课。热力学和统计物理的任务是研究热运动的规律，研究与热运动有关的物性及宏观物质系统的演化。本课程的作用是使学生掌握热力学与统计物理的基本原理和处理具体问题的一些重要方法，并初步具有用这些方法解决较简单问题的能力。

一、课程教学内容及教学基本要求

第一章热力学的基本规律

本章重点：热力学的基本规律，热力学的三个定律，掌握热力学函数内能、焓、熵、自由能、吉布斯函数的物理意义.

难点：熵增加原理的应用及卡诺循环及其效率。

本章学时:16学时

教学形式:讲授

教具:黑板，粉笔

第一节热力学系统的平衡状态及其描述

本节要求：掌握：系统、外界、子系统，系统的分类，热力学平衡态及其描述。

1系统、外界、子系统（①掌握：系统与外界概念。②了解：界面的分类。③了解：系统与子系统的相对性）

2系统的分类（掌握：孤立系、闭系、开系的概念。）

3热力学平衡态及其描述（①掌握：热力学平衡态概念。②掌握：状态参量的描述及引入。）第二节热平衡定律和温度

本节要求：掌握：热接触与热平衡，热平衡定律、温度、热平衡的传递性，存在态函数温度的数学论证，温度的测量(考核概率50%)。

1热接触与热平衡（①掌握：系统间没有热接触时系统状态参量的变化。②掌握：系统间热接触时系统状态参量的变化。）

2热平衡定律、温度、热平衡的传递性（①掌握：热平衡定律。②掌握：温度的数学论证，温标的确定及分类）（重点）

第三节物态方程

本节要求：理解：广延量与强度量。掌握：物态方程的得出，实验系数及由实验系数

k 、、βα 求物态方程。

（重点，难点）（考核概率100%） 1物态方程（①掌握：独立参量的选择与态函数的相对性。②掌握：物态方程的得出方法。） 2实验系数及由实验系数k 、、βα 求物态方程。（① 掌握：实验系数k 、、βα及物态方程互求。②掌握：几个典型物态方程。）（重点，难点）（考核概率100%）

第四节 功

本节要求：掌握：无摩擦与准静态过程的功。（重点，难点）(考核概率100%)。了解：非准静态过程的功，其它系统的功。掌握：准静态过程外界对系统做功的一般形式（考核概率30%）。

1无摩擦与准静态过程的功（① 掌握：过程与准静态过程的概念。②掌握：无摩擦与准静态过程的功的求法）（重点，难点）（考核概率100%）

2准静态过程外界对系统做功的一般形式（① 了解：非准静态过程的功，其它系统的功。② 掌握：广义力和广义位移的概念。③掌握：准静态过程外界对系统做功的一般形式 (考核概率30%)

第五节 热力学第一定律

本节要求：掌握：改变系统状态的方式及绝热过程，焦耳实验、内能的引入，热量、热力学第一定律。

1改变系统状态的方式及绝热过程（① 掌握：改变系统状态的两种方式。②掌握：绝热过程的概念。）

2热量、热力学第一定律（① 掌握：内能的引入，广延量。② 掌握：热量定义式及热力学第一定律。

第六节 热容量和焓

本节要求：掌握：热容量的定义及态函数焓，比性质与摩尔性质。

第七节 理想气体的内能

本节要求：掌握：焦耳定律。了解：理想气体的自由膨胀。

1焦耳定律（① 掌握：焦耳定律的内容及局限性。②掌握：理想气体的状态函数。）

2理想气体的自由膨胀（① 了解：理想气体的自由膨胀过程。② 掌握：理想气体的内能与体积无关。）

第八节 理想气体的绝热过程

本节要求：掌握：准静态绝热过程。（重点，难点）(考核概率30%)。掌握：绝热方程的应用。

1准静态绝热过程（① 掌握：准静态绝热过程。②掌握：理想气体的绝热方程）（重点，难点）（考核概率30%）

2绝热方程的应用 掌握：γ 的测定

第九节 理想气体的卡诺循环

本节要求：掌握：理想气体的等温过程。掌握：理想气体的绝热过程。掌握：理想气体的卡诺循环

1理想气体的等温过程 掌握：该过程的功，内能，热量的计算。

2理想气体的绝热过程 掌握：该过程的功，内能，热量的计算。

3理想气体的卡诺循环 掌握：卡诺热机的概念、卡诺循环的定义及效率。

第十节 热力学第二定律

本节要求：掌握：第二定律的定性表述。掌握：两个说法等效。了解：实际过程的不可逆性

1第二定律的定性表述 掌握：第二定律的克氏说法、开氏说法。

2两个说法等效 掌握：两种表述等效证明。

3实际过程的不可逆性 了解：自发过程进行的方向和限度。

第十一节 卡诺定理

一、 本节要求：理解：可逆机和不可逆机。了解：卡诺定理及其证明

1可逆机和不可逆机 理解：可逆机和不可逆机的定义。

2卡诺定理及其证明。（① 了解：卡诺定理的证明。②掌握：卡诺定理的结论及物理意义。） 第十二节 热力学温标

本节要求：理解：热力学温标的引入。掌握：温标与理想气体温标的关系

第十三节 克劳修斯等式和不等式

本节要求：掌握：卡诺循环的克氏不等式。掌握：任意循环的克氏不等式

1卡诺循环的克氏不等式（①掌握：卡诺循环的克氏不等式的表达式。②掌握：卡诺循环的克氏不等式的物理意义。）

2任意循环的克氏不等式。（① 掌握：任意循环的克氏不等式的普遍表达式。②掌握：任意循环的克氏不等式的物理意义。）

第十四节 熵和热力学基本方程

本节要求：掌握：态函数熵。掌握：热力学基本方程、可逆过程 掌握：非平衡态、局域平衡。掌握：可逆过程热量的计算。掌握：等温熵的改变

1态函数熵（①掌握：态函数熵的引入。②掌握：态函数熵的定义。）

2热力学基本方程、可逆过程。掌握：热力学基本方程的表达式及一般形式

3非平衡态、局域平衡 掌握：态函数熵的广延性及表达∑=

+++=i s s s s S (321)

4可逆过程热量的计算 掌握：由温熵图求热量

5等温熵的改变 掌握：等温过程熵变⎰⎰===∆T Q dQ T T dQ S 1 第十五节 理想气体的熵

本节要求：掌握：熵的表达式。掌握：熵变的计算。（重点，难点）（考核概率100%）