热力学与统计物理学 ppt课件

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经典热力学特点:
A. 不涉及时间与空间;
02:3B7 . 以平衡态、准静态过程、可逆过程为模型。
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二. 非平衡态热力学
1. 翁萨格(Onsager),线性非平衡态热力学,诺贝尔 奖(1968) 2. 普里高津(Prigogine)非线性非平衡态热力学,诺贝 尔奖(1977) 3. 近年来 • 有限时间热力学 • 工程热力学 •••
热力学第二定律 卡诺循环 热力学温标 克劳修斯等式和不等式 熵和热力学基本方程 理想气体的熵
热力学第二定律的数学 表达式
熵增加原理的简单应用 自由能和吉布斯函数
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§1. 1 热力学系统的平衡状态及其描述
一 、热力学系统(简称为系统)
定义:热力学研究的对象——宏观物质系统 系统分类: 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
系统下的微观粒子热运动强弱程度的度量
温度相同是系统处于热平衡的充分且必要条件:
两个处于热平衡的系统
温度一定相同
两个温度相同的系统
一定处于热平衡
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处在平衡态的大量分子仍在作热运动,而且因 为碰撞,每个分子的速度经常在变,但是系统的宏 观量不随时间改变。
Baidu Nhomakorabea
例如:粒子数
箱子假想分成两相同体积的部分, 达到平衡时,两侧粒子有的穿越 界线,但两侧粒子数相同。
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平衡态的特点
1)单一性( p,T 处处相等);
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).
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宏观量 表征系统宏观性质的物理量
如系统的体积V、压强P、温度T等,可直接测量 可分为广延量和强度量 广延量有累加性:如质量M、体积V、内能E等 强度量无累加性:如压强 P,温度T等
微观量 描写单个微观粒子运动状态的物理量
一般只能间接测量 如分子的质量 m、大小 d等
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② 分子运动论
③ 原子物理学
④ 02:37 量子力学
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The Fundamental Laws of Thermodynamics
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目 录 Contents
热力学系统的平衡状态及 其描述
热平衡定律和温度 物态方程 功 热力学第一定律 热容量和焓 理想气体的内能 理想气体的绝热过程 理想气体的卡诺循环
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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§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。
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
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
(2)在微观上,则必须说明,温度是处于热平衡
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二、平衡状态
定义:热力学系统在不受外界条件影响下,经过足够长时
间后,系统的宏观性质不随时间变化的状态
系统由初态达到平衡态所经历的时间称为弛豫时间。
孤立系统:外界对系统既不做功也不传热
p
真空
( p,V ,T)
*( p,V ,T )
o
V
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说明: •平衡态是一种热动平衡
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Onsager
Prigogine
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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)
2. 物理学
① 热学
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。
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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)
热力学与统计物理学
Thermodynamics and Statistical Physics
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使用教材:
热力学.统计物理
汪志诚
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参 考 资 料
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参 考 资 料
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热运动是自然界普遍存在的一种运动现象。热运 动对于单个粒子来说杂乱无章,但对于整个宏观物 体来说,在外界条件一定的情况下,大量微粒互相 影响的结果却表象现出具有确定的宏观规律性。
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气体的物态参量及其单位(宏观量)
1 气体压强 p :作用于容器壁上
单位面积的正压力(力学描述).
单位: 1Pa 1Nm2
p,V ,T
标准大气压: 45 纬度海平面处, 0C 时的大气压.
1atm 1.013105Pa
2 体积 V : 气体所能达到的最大空间(几何
描述).
单位:
1m3 103L 103dm3
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
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