材料热力学(第3版)
材料热力学课件-第三章-1
9
△rGm = △rGm (T) + RTlnΠ (pB/p) νΒ
平衡时， △rGm = 0, 所以有
△rGm (T) = - RTlnΠ (pB/p) νΒ
定义：K
(T
)
def
exp
r Gm RT
或
K
(T
)
def
exp
B
B
T
B
RT
10
所以有： K(T ) pB / p B
33
TiO2(s)+2C(石墨)+2Cl2(g) = TiCl4(g)+2CO(g) 解: rGm(1000K) = ∑fGm(B,1000K)
=( - 637.6 -2×200.2+764.4) kJmol-1 = -273.6 kJmol-1
34
K(1000K) =exp[- rGm(1000K) /RT] =exp[273600Jmol-1/(8.3145×1000 Jmol-1)] = 1.96×1014
(3)虽然等温方程是由理想气体反应推导出来的， 但是，它可以用于任意化学反应，如纯凝聚系 统的反应。在用于纯凝聚系统的反应时，J不 是用分压，而是用浓度或活度表示。
29
/ K
K
p
pB
p
B
平衡态
r
Gm
RT
ln
K
p
RT
ln
J
p
实际应用此方程解决有关平衡问题
J p
pB,g
B,g
p
任意态
K
(T
)
def
exp[
(a
A
b
B
y
Y
材料热力学1-7
PbO2 NiOOH
H2SO4 KOH
NiOOH
KOH
Li(I-X)CoO2 有机溶剂
电解质 NH4Cl/ZnCl2 KOH
KOH
KOH
KOH PC/DME +LiClO4
E0/V 1.5 1.5 1.3 1.646 1.72
3.5
W′/Wh·kg-1 10-50 30-100 30-100 100-250 60-160
课程名称:
材料热力学
授课人: 徐洪辉 (教授) Tel: 13077377087, 88877108(o) E-mail: hhxu@
参考教材
2009年4月
（适用于研究生）
1. 材料热力学
(索书号:TB301/XZY=3)
徐祖耀、李麟箸
科学出版社 2005年, 第三版
2. 材料热力学
L. Kelvin (W. Thomson,1824-1907年) 1848年建立了热力学温标，并在其 著作中首次使用Thermodynamic一 词。
热力学历史名家
热力学发展简史 (续)
W.H. Nernst (1864-1941年)，1920年获诺贝尔化学奖
能斯特方程： E
E
0
(RT
/
nF
)
ln
随着热力学第一、二定律的不断发展，演绎出 严密的经典热力学
吉布斯(J.W. Gibbs, 1839-1903): 美国物理学 家，在热力学领域作出了划时代的贡献。
他提出了描述多相体系平衡条件的相律及吉布斯自 由能及化学势。为纪念Gibbs的卓越贡献，人们把等 温等压自由能称为Gibbs自由能。
热力学发展简史 (续)
- Baker and Cahn
材料热力学(三大定律)要点
说明任意可逆过程的热 温商的值决定于始终状态，
而与可逆途径无关，这个热
温商具有状态函数的性质。 任意可逆过程
Clausius根据可逆过程的热温商值决定于始终态而与可逆 过程无关这一事实定义了“熵”（entropy）这个函数，用符 号“S”表示，单位为： J K 1
设始、终态A，B的熵分别为 SA 和 SB，则：
1.0 mol R ln 2 5.76 J K 1
非等温过程中熵的变化值
1、 物质的量一定的可逆等容、变温过程
S
T2
nCV ,m dT T
T1
2、 物质的量一定的可逆等压、变温过程
S
T2
nC p ,m dT T
T1
热力学第二定律的本质和熵的统计意义
热力学第二定律的本质
则有
Q Q <0 T T i I, AB i R, B A
Q S A SB T i R, B A
Q SB SA T i I, AB
或
B Q SAB 0 A T I
解法1
22.4 V2 S (O 2 ) nR ln 0.5R ln V1 12.2
0.5 mol 0.5 mol O 2 (g) N 2 (g)
22.4 S (N 2 ) 0.5 R ln 12.2
22.4 nR ln 2 > 0 mix S S (O2 ) S (N2 ) nR ln 12.2
SAB
B Q T A I
如AB为可逆过程
Q S A B T i R,A B
S是状态函数，在确定的始、终态间，ΔS为定值，与过程是否 可逆无关。但过程的热温商之和与过程是否可逆有关。若可逆则过程 的热温商之和等于ΔS；若过程不可逆则过程的热温商之和小于ΔS。
材料热力学_热力学基本原理
• • 恒容热容：在不发生相变与化学变化、恒容、不做非 体积功的情况下体系每升高1度体系所需吸收的热量:
dQ U Cv dT V T V
•
• •
在不发生相变与化学变化的情况下，温度由T1升高至 T2所引起的内能变化为：
U Cv dT
T1
• •
•
与内能和焓一样，Gibbs自由能与Helmholtz自由能也没有绝对值 Gibbs自由能与Helmholtz自由能的变化可以由焓变、熵变、内能的 变化求出来 对于等温反应： G H TS
F U TS G H S T T F U S T T
材料热力学什么是材料热力学材料热力学是热力学基本原理在材料设计制备与使用过程中的应用包括相平衡相图热力学相变热力学等相图反映的是物质的存在状态而热力学反映的是物质所包含的能量而能量是物质状态变化的起因与因此相图与热力学有非常密切的关系目前材料热力学主要内容是相图或相平衡热力学本课程包括热力学基本原理回顾热力学在冶金材料过程中的应用相平衡热力学与相图计算相图与合金设计热力学基本原理回顾平衡状态
热力学第二定律及其相关基本概念
• 化学反应过程中生成物的熵的总和减去反应物 熵的总和即化学反应的熵变。 • 在不做非体积功的情况下，对于可逆过程有：
材料热力学3-1第二 第三定律
T2 S 3 nC p , m H 2 O, s ln T1
ΔS环境？？？？？
恒压条件下：
S 环境
H m 263 . 15 H 1 H m 273 . 15 H 3 1 75 . 3 10 6020 37 . 6 10 5463 J H m 263 .15 K S 环境 21 .44 J K 1 263 .15 K
解：由于是正常相变：
QR S T
n fu s H m 1 5995 . 8 273 .15 T 1 1 22 . 01( J K m ol )
2. 不可逆相变：定温定压下两相不平衡时的相变。 不是发生在两相平衡共存的T，P下的相变——不可逆相变
亚（介）稳态：过冷、过热的液体；过 饱和溶液等。 不可逆相变的ΔS 计算：
不可逆过程： H2O （l）263K p0
需 计 逆 程 计 ΔS
设 可 过 来 算
ΔS=?
H2O （s）263K p0
等压可 逆降温
ΔS1
等压可 逆升温
ΔS3
H2O （l）273K p0
ΔS2
可逆相变
H2O （s） 273K p0
H2O （l）263K
p0
ΔS=?
H2O （s）263K p0
等压可 逆降温
pdV = nRT
∫
V1 +V 2 V1
dV V 1+V 2 = nRT ln V V1
Q V 1+V 2 S = S 2 _S 1 = = nR ln T V1
1mol理想气体在298K时等温膨胀，体积增大10倍，求系统的熵
材料热力学(三大定律)要点
Q Qc Qc 则： I h 1 Qh Qh
根据Carnot定理： 则
Th Tc Tc R 1 Th Th
I R
Qc Q h 0 Tc Th
n Qi 0 < 0 i Ti I
将不可逆热机的结论推广到任意的不可逆循环，则：
二、不可逆过程的热温商
热力学第二定律的数学表达
Clausius不等式
SAB
对于微小变化：
Q ( ) A B T i
Q dS T
Q 是实际过程的热效应，T是环境温度。若是不可逆过 程，用“>”号，可逆过程用“=”号，这时环境与系统温度相同。
熵增加原理
2、 等温、等压可逆相变（若是不可逆相变，应设计始终 态相同的可逆过程）
解法1
22.4 V2 S (O 2 ) nR ln 0.5R ln V1 12.2
0.5 mol 0.5 mol O 2 (g) N 2 (g)
22.4 S (N 2 ) 0.5 R ln 12.2
22.4 nR ln 2 > 0 mix S S (O2 ) S (N2 ) nR ln 12.2
SAB
B Q T A I
如AB为可逆过程
Q S A B T i R,A B
S是状态函数，在确定的始、终态间，ΔS为定值，与过程是否 可逆无关。但过程的热温商之和与过程是否可逆有关。若可逆则过程 的热温商之和等于ΔS；若过程不可逆则过程的热温商之和小于ΔS。
H (相变） S (相变） T (相变）
3、 理想气体（或理想溶液）的等温混合过程，并符合分 体积定律，即 x V
B B
V
mix S R nB ln xB
材料热力学 第三章 单组元材料热力学
Cp
H T
p
Cv
U T
v
H CpdT H (0K) U CvdT U(0K)
H(0K)和U(0K)是绝对零度的焓和内能， 目前其绝对值尚无法得知。
dS Q CdT
TT
S p
T 0
Cp T
dT
S(0K)
Sv
T 0
Cv T
dT
S (0K )
S(0K)为绝对零度下的熵，根据热力学第三定律(Third Law)，认为单组元在绝对零度下的熵为0。
第三章 单组元材料热力学
3.2 晶体中的热空位
理想晶体中不存在空位，但实际金属晶体中存在空位。 随着温度升高，晶体中的空位浓度增加，大多数常用金 属（Cu、Al、Pb、W、Ag…）在接近熔点时，其空位 平衡浓度约为10-4，即晶格内每10000个结点中有一 个空位。
把高温时金属中存在的平衡空位通过淬火固定下来，形 成过饱和空位，这种过饱和空位状态对金属中的许多物 理过程（例如扩散、时效、回复、位错攀移等）产生重 要影响。
G
T
C pdT
0
T
T
0
Cp T
dT
H (0K)
F
T 0
Cv dT
T
T
0
Cv T
dT
U (0K)
能量均分定理在解释热容问题所遇到的巨大困 难迫使人们至新审查能量均分定理。能量均分 定理是由经典统计力学导出的，在经典物理包 括经典统计力学中有一个根本的假设就是能量 是连续改变的，能量均分定理在解释热容以及 热辐射问题上所遇到的不可克服的困难使得普 朗克提出量子论假设。
例题：
由实验求得Cp值： C p a bT cT 2 状态改变时：
材料热力学课件-第三章-2
以△Hm =18.86kJmol-1代入
lnK
(T
)
r
H
m
B
RT
得 B = 0.045+(18860/2.303×8.3145×873)
= 1.17 lgK = - 18860 Jmol-1/(2.303RT) + 1.17
= -985/(T/K) + 1.17
13
(3)根据上式求1373 K 时的 lgK(1373 K)= - 983/1373 + 1.17
+1/2∑bBT 2 +1/3∑cBT 3
其中 △H0 =△rHm (298K)-298K×∑aB – 1/2×(298K)2 ∑bB -1/3(298K)3∑cB
22
△rHm(T)=△H0+∑aBT
+1/2∑bBT 2 +1/3∑cBT 3
代入dlnK(T) =[△rHm/RT2 ]dT，得
ln
△rGm –T 的近似直线关系是在BCp,m
很小或0时。因为
△rSm （T） = △rSm （298K） +
C T
B dT
298K
B p,m
B
T
19
dlnK dT
T
r
H
m
(T
RT 2
)
ln
K (T2 ) K (T1)
r
H
m
R
1 T2
1 T1
lnK
(T
)
r
H
m
B
RT
20
2、△rHm随温度变化
说明计算中做了哪些假设。
G 已知
f
m
Ag
材料热力学知识点
第一章单组元材料热力学名词解释：1 可逆过程2 Gibbs自由能最小判据3 空位激活能4 自发磁化：5 熵：6 热力学第一定律热力学第二定律7 Richard定律填空题1 热力学第二定律指出：一个孤立系统总是由熵低的状态向熵高的状态变化，平衡状态则是具有最大熵的状态。
2 按Boltzmann方程，熵S与微观状态数W的关系式为S=klnW3 热容的定义是系统升高1K时所吸收的热量，它的条件是物质被加热时不发生相变和化学反应4 α-Fe的定压热容包括：振动热容、电子热容和磁性热容。
5 纯Fe的A3的加热相变会导致体积缩小6 Gibbs-Helmholtz方程表达式是7 铁磁性物质的原子磁矩因交换作用而排列成平行状态以降低能量的行为被称为自发磁化论述题1 根据材料热力学原理解释为什么大多数纯金属加热产生固态相变时会产生体积膨胀的效应？2 试根据单元材料的两相平衡原理推导克拉伯龙（Clapeyron）方程。
3 试用G-T图的图解法说明纯铁中的A3点相变是异常相变。
4 试画出磁有序度、磁性转变热容及磁性转变（指铁磁-顺磁转变）自由能与温度的关系曲线。
计算题1已知纯钛α/β的平衡相变温度为882O C，相变焓为4142J•mol-1，试求将β-Ti过冷到800O C时，β→α的相变驱动力2若某金属形成空位的激活能为58.2KJ•mol-1，试求在700O C下，该金属的空位浓度。
3纯Bi在0.1MPa压力下的熔点为544K。
增加压力时，其熔点以3.55/10000K•MPa-1的速率下降。
另外已知融化潜热为52.7J•g-1，试求熔点下液、固两相的摩尔体积差。
（Bi的原子量为209g•mol-1.第二章二组元相名词解释：溶体：以原子或分子作为基本单元的粒子混合系统所形成的结构相同，性质均匀的相理想溶体：在宏观上，如果组元原子（分子）混合在一起后，既没有热效应也没有体积效应时所形成的溶体。
混合物：由结构不同的相或结构相同而成分不同的相构成的体系 化合物：两种或两种以上原子组成的具有特定结构的新相 溶解度：溶体相在与第二相平衡时的溶体成分（浓度），固溶体在与第二相平衡时的溶解度也成为固溶度。
材料力学教程单祖辉答案
材料力学教程单祖辉答案材料力学教程单祖辉答案【篇一：寒旱所考试科目参考书】s=txt>2006年招收硕士学位研究生考试科目参考书中国科学院寒区旱区环境与工程研究所2006年招收硕士学位研究生考试科目参考书【篇二：上海交大考博参考书目】txt>010船舶海洋与建筑工程学院2201流体力学《水动力学基础》，刘岳元等，上海交大出版社2202声学理论《声学基础理论》，何祚庸，国防工业出版社2203高等工程力学（理力、材力、流力、数学物理方法）（四部分任选二部分做）《理论力学》，刘延柱等，高等教育出版社；《材料力学》，单祖辉，北京航空航天大学出版社；《流体力学》，吴望一，北京大学出版社；《数学物理方法》，梁昆淼，高等教育出版社2204结构力学《结构力学教程》，龙驭球，高等教育出版社3301船舶原理《船舶静力学》，盛振邦，上海交大出版社；《船舶推进》，王国强等，上海交大出版社；《船舶耐波性》，陶尧森，上海交大出版社；《船舶阻力》，邵世明，上海交大出版社3302振动理论（i）《机械振动与噪声学》，赵玫等，科技出版社20043303海洋、河口、海岸动力学《河口海岸动力学》，赵公声等，人民交通出版社2000 3304高等流体力学《流体力学》，吴望一，北京大学出版社3305弹性力学《弹性力学》上、下册（第二版），徐芝纶，高等教育出版社3306振动理论（Ⅱ）《振动理论》，刘延柱等，高等教育出版社20023307钢筋混凝土结构《高等钢筋混凝土结构学》，赵国藩编，中国电力出版社3308地基基础《土工原理与计算》（第二版），钱家欢、殷宗泽，水利电力出版社020机械与动力工程学院2205计算方法《计算方法》，李信真，西北工业大学出版社2206核反应堆工程《核反应堆工程设计》，邬国伟3309工程热力学《工程热力学》（第三版），沈维道；《工程热力学学习辅导及习题解答》，童钧耕3310传热学《传热学》（第三版），杨世铭3311机械控制工程《现代控制理论》，刘豹；《现代控制理论》，于长官3312机械振动《机械振动》，季文美3313生产计划与控制《生产计划与控制》，潘尔顺，上海交通大学出版社3314机械制造技术基础《机械制造技术基础》，翁世修等，上海交通大学出版社1999；《现代制造技术导论》，蔡建国等，上海交通大学出版社20003315现代机械设计《高等机械原理》，高等教育出版社1990030电子信息与电气工程学院2207信号与系统《信号与系统》，胡光锐，上海交大出版社2208电子科学与技术概论《电子科学与技术导论》，李哲英，20062209信息处理与控制系统设计《线性系统理论》，郑大钟，清华大学出版社2002；或《数字图像处理》(第二版)《digital image processing》second edition (英文版)，r. c. gonzalez, r. e. woods，电子工业出版社2002（从“线性系统理论”或“图像处理”中选考其一）2210计算机科学与技术方法论《数理逻辑与集合论》，石纯一，清华大学出版社2000；《图论与代数结构》，戴一奇，清华大学出版社1995；《组合数学》，richard a. brualdi著，卢开澄等译，机械工业出版社20012211数字信号处理（i）《数字信号处理（上）》，邹理和；《数字信号处理（下）》，吴兆熊，国防工业出版社2212电力系统分析与电力电子技术《电力电子技术基础》，金如麟，机械工业出版社，或《电力系统分析（上册）》，诸骏伟，中国电力出版社1995；《电力系统分析（下册）》，夏道止，中国电力出版社19953316网络与通信《数字通信》（第四版），proakis，电子出版社（必考，占30％）：另按照专业加考70％：无线通信方向、信息安全方向，《数字通信》（第四版），proakis，电子出版社；或光通信方向，《光纤通信系统》（第3版）, govind p.agrawal，国外大学优秀教材-通信系列（影印版）；或数据通信网络方向，《computer networks》（fourth edition），pearson education andrews.tanenbaum，vrije universiteit，amsterdam，the netherlands，翻译版：潘爱民译，书号7302089779，清华大学出版社20043317信号与信息处理信号处理方向：《discrete-time signal processing》(second edition)，alan v. oppenheim,prentice-hall，1998；《现代信号处理》（第二版），张贤达，清华大学出版社2002；或图像处理方向：《数字图像处理》，余松煜等，上海交通大学出版社20073319电路与系统《大规模集成电路设计》，陈贵灿，高等教育出版社3320最优控制《最优控制的理论与方法》（第二版），吴沧浦，国防工业出版社20003321模式识别《模式识别》（第二版），边肇祺等，清华大学出版社20003322微机控制与接口技术《微型计算机控制技术》（第三版），谢剑英，国防工业出版社2001 3354运筹学《运筹学》（修订版），运筹学编写组，清华大学出版社20033323计算机软件《程序语言语言编译原理(第3版)》，陈火旺等，国防工业出版社2000；《distributed systems: principles and paradigm》，tanenbaum and steen，prentice hall 2003(清华大学出版社影印出版）3324数据库系统原理《数据库系统概念》（第四版，中译本），silberschatz等著，杨冬青等译，机械工业出版社3325机器学习《机器学习》，曾华军、张银奎译，机械工业出版社20033326计算机网络与系统结构《computer network》（第四版），a. s. taneubaum, 清华大学出版社；《computer architecture: a quantitative approach》（3rd edition），patterson,d.and hennessy,j.，san mateo, california: morgan kaufman publishers2002，机械工业出版社影印出版3327现代控制理论《现代控制理论》，刘豹，机械工业出版社3328现代传感器技术《传感器技术》，贾伯平，东南大学出版社3329电力传动控制系统《电力拖动自动控制系统》，陈伯时，机械工业出版社3330电力网络规划与电压稳定《电力网络规划的方法与应用》，程浩忠、张焰，上海科学技术出版社；或《电力系统无功与电压稳定性》，程浩忠、吴浩，中国电力出版社3331电气绝缘在线监测技术《电力设备在线监测与故障诊断》，肖登明，上海交通大学出版社20043332电机理论《交流电机数学模型及调速系统》，陈坚，国防工业出版社；《交流电机及其系统的分析》（第二版），高景德等，清华大学出版社2005036信息安全学院2213信息安全数学基础《信息安全数学基础》，陈恭亮，清华大学出版社20043333密码学基础《密码学理论与实践》（第二版），d.r. stinson，电子工业出版社2003；《应用密码学》（第二版），bruce schneier，机械工业出版社2000050材料科学与工程学院2214材料科学基础及加工原理《材料科学基础》，胡赓祥等，上海交大出版社2006；《材料科学基础辅导与习题》，蔡珣、戎咏华，上海交大出版社2004；或《材料加工原理》，徐洲等，科学出版社2003；或《材料加工原理》，李言祥等，清华大学出版社2005（材料科学基础、材料加工原理各100分考题，考生任选其一）3334材料热力学与动力学《材料热力学》（第三版），徐祖耀、李麟，科学出版社2005；或《材料热力学与动力学》，徐瑞、荆天辅，哈尔滨工业大学出版社20033335材料微结构分析《分析电子显微学导论》第一、三章，第五章中5.1和5.2节，戎咏华，高等教育出版社2006；或《金属x射线学》，范雄，机械工业出版社19963336凝固或焊接《凝固过程》（中译本），m. c. flemings，冶金工业出版社1981；或《焊接过程现代控制技术》，陈善本等，哈尔滨工业大学出版社2001071数学系2215泛函分析《实变函数论与泛函分析》(第二版)，夏道行等，高等教育出版社3337近世代数《代数学基础》(群.环.域.模等部分)，孟道骥，南开大学出版社3338微分几何《微分流形初步》(第二版)，陈维桓，高等教育出版社；《微分几何讲义》(第二版)，陈省身、陈维桓，北京大学出版社072物理系2216量子力学《量子力学》卷i、卷ii (第三版)，曾谨言2217物理光学《物理光学》，梁铨廷，机械工业出版社；或《物理光学与应用光学》，石顺祥等，西安电子科学技术大学出版社2000；或《物理光学》，范少卿等，1990；或《应用物理光学》，严瑛白，清华大学出版社19903339高等光学《光学原理》，m. born，世界图书出版公司3340固体物理学《固体物理学》（上、下册），方俊鑫、陆栋，上海科学技术出版社3341电动力学《电动力学》（第二版），郭硕鸿等，高等教育出版社3342半导体物理《半导体物理》，刘恩科等，国防工业出版社；或《半导体物理学》，刘恩科等，电子工业出版社3343工程光学《工程光学》，郁道银、谈恒英，机械工业出版社080生命科学技术学院2218生物化学（i）《生物化学》，沈同，高等教育出版社2219病理学《病理学》（七年制规划教材，临床医学专业用），李甘地，人卫版2240微机原理与微机接口《微型计算机原理与接口技术》，吴秀清，中国科技大学出版社3304高等流体力学《流体力学》，吴望一，北京大学出版社3375细胞生物学《细胞生物学》，翟中和，高等教育出版社3344分子生物学《现代遗传原理》，徐晋麟等，科学出版社3345微生物学（i）《微生物学》，沈萍，高等教育出版社20003346生理学《生理学》（七年制规划教材，临床医学专业用），姚泰，人卫版3347数字信号处理（Ⅱ）《数字信号处理》（上、下），吴兆雄，国防工业出版社090人文学院2220科学史导论《科学史》，w.c.丹皮尔，商务印书馆1979或广西师范大学出版社2001；《科学的历程》（第二版），吴国盛，北京大学出版社2002；《中国科学技术史稿》（上下册），杜石然等，科学出版社1982110化学化工学院2221聚合物材料结构与性能《高聚物的结构与性能》，马德柱等，科学出版社；《高分子物理》，何曼君，复旦大学出版社2222物理化学（含结构与波谱化学）《物理化学》（第四版），傅献彩等，高等教育出版社1990；《结构化学基础》（第三版），周公度，北京大学出版社2002；《有机化合物结构鉴定与有机波谱学》（第二版），宁永成，科学出版社20003349高分子合成化学《高分子化学》，潘祖仁，化学工业出版社；《高分子化学》，自然科学基金委，化学工业出版社3350高等无机化学《普通无机化学》，严宣生，王长富，北京大学出版社1999；《催化原理》，吴越，高等教育出版社20013351化学反应工程与催化《化学反应工程与催化》，李绍芬，化学工业出版社；《催化原理》，吴越，高等教育出版社20013352高等有机化学《高等有机化学》，f. a凯里、r. j 森德伯格，人民教育出版社3376仪器分析《仪器分析教程》，北京大学化学系仪器分析组，北京大学出版社；《仪器分析》（第三版），朱明华，高教出版社2000120安泰经济与管理学院3353统计学《概率论与数理统计教程》，魏宗舒，高等教育出版社1983；《概率论与数理统计》（第三版），盛骤等，高等教育出版社20013354运筹学《运筹学》（修订版），运筹学编写组，清华大学出版社20033355计量经济学《introductory econometrics：a modern approach 》，jeffrey m. wooldridge，south-western college publishing，清华大学出版社(影印本)；《计量经济学3374战略管理《战略管理》，王方华、吕巍，机械工业出版社2004130国际与公共事务学院2225中国特色社会主义理论与实践《邓小平文选》（第二、三卷），人民出版社1993/1994；《“三个代表”重要思想概论》，中华人民共和国教育部，中国人民大学出版社20033357当代中国政治与政策《政府过程》，胡伟，浙江人民出版社1998/上海人民出版社2007；《理解公共政策》，托马斯?戴伊，华夏出版社2005140外国语学院1102日语（二外）《日语中级阅读》、《日语高级阅读》，日本语教育教师协会（jaltta），上海外语教育出版社1103法语（二外）《法语》（1—4册），马晓宏，外语教学与研究出版社1104德语（二外）《基础德语》，王志强等；《中级德语》，樊迪生，同济大学出版社2226语言学linguistics: an introduction，andrew radford，外语教学与研究出版社；course in general linguistics，f.de saussure ，外语教学与研究出版社；linguistic theory:the discourse of fundamental works，robert de beaugrande，外语教学与研究出版社3358英语写作不指定参考书目150农业与生物学院2227分子生物学原理《现代分子生物学》（第二版），朱玉贤、李毅，高等教育出版社2002；《基因工程原理》（第二版），吴乃虎，科学出版社20012228植物生物化学与分子生物学《植物生物化学与分子生物学》，b.b.布坎南等主编；瞿礼嘉等主译，科学出版社20042210计算机科学与技术方法论《数理逻辑与集合论》，石纯一，清华大学出版社2000；《图论与。
化工热力学第3版陈志新等编著
化⼯热⼒学第3版陈志新等编著第1章绪⾔⼀、是否题1. 封闭体系中有两个相。
在尚未达到平衡时，两个相都是均相敞开体系；达到平衡时，则两个相都等价于均相封闭体系。
（对）2. 理想⽓体的焓和热容仅是温度的函数。
（对）3. 封闭体系的1mol⽓体进⾏了某⼀过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积相等，初态和终态的温度分别为T 和T ，则该过程的；同样，对于初、终态压⼒相等的过程有（对。
状态函数的变化仅决定于初、终态与途径⽆关。
）⼆、填空题1. 状态函数的特点是：状态函数的变化与途径⽆关，仅决定于初、终态。
2. 封闭体系中，温度是T的1mol理想⽓体从(Pi，Vi)等温可逆地膨胀到(Pf，Vf)，则所做的功为(以V表⽰)或 (以P表⽰)。
3. 封闭体系中的1mol理想⽓体(已知)，按下列途径由T1、P1和V1可逆地变化⾄P2，则A 等容过程的W= 0 ，Q=，U=，H= 。
B 等温过程的W=，Q= ，U= 0 ，H= 0 。
C 绝热过程的W= ，Q= 0 ，U=，H=。
4. 1MPa=106Pa=10bar=9.8692atm=7500.62mmHg5. 普适⽓体常数R=8.314MPa cm3 mol-1 K-1=83.14bar cm3 mol-1 K-1=8.314 J mol-1 K-1 =1.980cal mol-1 K-1。
三、计算题1. 某⼀服从P（V-b）=RT状态⽅程（b是正常数）的⽓体，在从1000b等温可逆膨胀⾄2000b，所做的功应是理想⽓体经过相同过程所做功的多少倍？解：2. ⼀个0.057m3⽓瓶中贮有的1MPa和294K的⾼压⽓体通过⼀半开的阀门放⼊⼀个压⼒恒定为0.115MPa的⽓柜中，当⽓瓶中的压⼒降⾄0.5MPa时，计算下列两种条件下从⽓瓶中流⼊⽓柜中的⽓体量。
(假设⽓体为理想⽓体)(a)⽓体流得⾜够慢以⾄于可视为恒温过程；(b)⽓体流动很快以⾄于可忽视热量损失（假设过程可逆，绝热指数）。
东大材料热力学 第三章(优.选)
正规溶体的自由能
Gm xA 0H A xB 0H B xAxB I AB xA 0SAT xB 0SBT RT (xA ln xA xB ln xB )
Gm xA 0GA xB 0GB RT (xA ln xA xB ln xB ) xAxB I AB
Gmid Gmex
Hm xA 0H A xB 0H B Sm x A 0 S A xB 0 S B R(x A ln x A xB ln xB )
G H TS Gm xA 0H A xB 0H B xA 0S AT xB 0SBT RT (xA ln xA xB ln xB )
Gm xA 0GA xB 0GB RT (xA ln xA xB ln xB )
Cr-W Phase Diagram ——同类原子偏聚体系
亚规则溶体
规则溶体模型的局限性： 过大的理想溶体混合熵 IAB应与温度和成分有关
亚规则溶体(Subregular solution)模型将相互作用参数扩展为
温度和成分的函数：
n
I AB i LAB(xA xB )i i0
i LAB ai biT ciT ln T
6
fcc
bcc
hcp
A原子
B原子
(A, B)
NA
NB
Na 原子数
AA PAA
BB
AB 键能
PBB PAB 键数目
正规溶体的内焓
H m AA PAA AB PAB BB PBB
PAA
N AzxA
1 2
1 2
Na zxA2
PBB
NB zxB
1 2
1 2
Na zxB2
PAB
N AzxB
1 2
材料热力学第五章
第五章 马氏体转变热力学
γ奥式体 α马氏体
第五章
转变温度
从合金热力学可知，成
分相同的奥氏体与马氏
体的自由焓G均随温度 的升高而下降。但下降 的速率不同，两曲线必 相交于一个特征温度T0
马氏体和奥氏体的自由焓与温度的关系
第五章
与其他转变一样，马氏体的形成将导致界面能和弹性能 的产生。为此马氏体转变，或马氏体逆转变并非在T0开 始，分别需要过冷和过热。只有自由焓差足够大，直至 Ms(马氏体转变起始温度)或As(马氏体逆转变起始温度)，
第五章 马氏体相变基本特征
马氏体转变时，只需点阵改组而无需成分的变化(溶质原
子无需扩散)，转变速度非常快。实验证明Fe-C和Fe-Ni
合金在－20~－196℃温度之间成核并生长成一片完整的 马氏体仅需0.5~0.05μs，接近绝对零度时，形成速度仍 然很高。在这样低的温度下，原子扩散速度极慢，依靠扩 散实现快速转变是根本不可能的，是无扩散型相变。
第五章
第五章 相变热力学
综述 1、相变的分类：依机理、热力学、质点是否参与扩散 2、相变过程的不平衡状态及亚稳区 3、相变过程的温度条件、浓度条件 4、纯金属凝固转变热力学
第五章
1、相变的分类：依机理、热力学、质点是否参与扩散 按相变发生的机理分类
1、成核-生长机理（nucleation-growth transition）
形核长大
固溶体脱溶有两种不同方式
调幅分解
究竟采用哪种方式，决定于合金的成分 和体系的温度，即决定于在特定温度下 的自由能-组成曲线的形状 固溶体自由能 曲线分析 调 幅 分 解
一、固溶体自由能曲线分析
固溶体的性质与摩尔自由能曲线性质的关系
第五章
第一章 热力学定律
§2.4 焓
2.4.2 △H与Qp Qp : 恒压，非体积功为零(dp=0, dW‘=0)的过程中， 系统与环境交换的热。 恒压过程: dp=0，p环=p；W' = 0时 W = -∫p环dV = -p环(V2-V1)= -(p2V2-p1V1) 据热力学第一定律： Qp = △U - W = (U2-U1) + (p2V2 - p1V1) = ( U2 + p2V2 ) - ( U1 + p1V1 ) = △ H
W>0 对系统作功 22
W<0 对环境作功
§2.3 准静态过程与可逆过程
2.3.1 准静态过程与可逆过程 （1） 准静态过程（guasi-static process）
在过程进行的每一瞬间，系统都接近于平衡状态，以致在任意选取 的短时间 dt 内，状态参量在整个系统的各部分都有确定的值，整个过 程可以看成是由一系列极接近平衡的状态所构成，这种过程称为准静态 过程。 准静态过程是一种理想过程，实际上是办不到的。 一个过程的发生必定引起状态的改变而状态改变一定破坏平衡。 但当一个过程进行得非常慢，速度趋于零时，这个过程就趋于准静态 过程。
（3）相平衡（phase equilibrium）多相共存时，各相的组成和数量 不随时间而改变 （4）化学平衡（chemical equilibrium ）反应系统中各物的数量不 再随时间而改变
8
§2.1 热力学基本概念
2.1.2 状态和状态函数 状态：系统的物理，化学性质的综合表现; 状态性质：系统处于某一状态时的性质，是系统本身 所属的宏观物理量。 如：T，p, ，V，m， U，H，S…
特殊形式，说明热力学能、热和功之间可以相互转化，但总的能量不 变。 也可以表述为：第一类永动机是不可能制成的 热力学第一定律是人类经验的总结，事实证明违背该定律的实 验都将以失败告终，这足以证明该定律的正确性。
材料热力学课件
不可逆过程与可逆过程
不可逆过程
在热力学过程中，如果系统和外界的变化不能通过无穷小的改变而互相抵消，则称该过程为不可逆过程。不可 逆过程总是伴随着能量的耗散和熵的增加。
可逆过程
在热力学过程中，如果系统和外界的变化可以通过无穷小的改变而互相抵消，使得系统能够沿着相反的方向进 行并恢复原状，则称该过程为可逆过程。可逆过程是理想化的过程，实际中很难实现。
热力学第一定律表达式
ΔU=Q-W，其中ΔU为系统内能的变 化，Q为系统吸收的热量，W为系统 对外所做的功。
热力学第二定律
热力学第二定律的表述
不可能从单一热源取热，使之完全转换为有用的功而不产生其他影响；或不可 能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化。
熵增原理
在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。
高温超导材料的相变与热力学性质
01
研究高温超导材料在不同温度、压力下的相变行为，以及相变
过程中的热力学性质变化。
热力学模型与计算
02
建立适用于高温超导材料的热力学模型，通过计算预测材料的
热力学性质和行为。
热稳定性与热力学性能优化
03
研究高温超导材料的热稳定性，探索提高材料热力学性能的途
径和方法。
纳米材料热力学
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THANKS
热力学模拟计算方法
分子动力学模拟
通过计算机模拟原子或分子的运 动过程，研究材料的热力学性质
和相变行为。
蒙特卡罗模拟
利用随机数进行抽样计算，模拟 材料的热力学过程和相变现象。
第一性原理计算
基于量子力学理论，通过计算材 料的电子结构和能量状态，预测
材料的热力学性质。
06
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材料热力学(第3版)
材料热力学是材料科学中重要的一门基础学科，它研究了材料体系在不同温度、压力和组分条件下的热平衡和相变规律。
本文将从基本概念、热力学定律、热力学函数以及应用等方面介绍材料热力学的主要内容。
第一部分：基本概念
材料热力学研究的对象是物质的热平衡和相变规律。
热平衡是指系统内部各部分之间没有温度、压力和组分的变化，达到了热力学平衡的状态。
相变是指物质由一种相态转变为另一种相态的过程，如固态到液态的熔化、液态到气态的汽化等。
第二部分：热力学定律
材料热力学的研究基于一些基本的热力学定律，包括能量守恒定律、熵增定律、Gibbs-Helmholtz方程等。
能量守恒定律是指能量在封闭系统中不会产生或消失，只会转化为其他形式的定律。
熵增定律是指系统的总熵在不可逆过程中只会增加，不会减小的定律。
Gibbs-Helmholtz方程是描述物质体系在不同温度下的自由能变化与热力学函数之间的关系。
第三部分：热力学函数
热力学函数是描述材料体系热平衡和相变规律的重要工具。
常见的热力学函数包括熵、内能、焓和自由能等。
熵是描述系统无序程度
的物理量，内能是系统的总能量，焓是系统的内能加上对外界做的功，自由能是系统的内能减去对外界做的功以及系统的熵与温度的乘积。
通过热力学函数的计算和分析，可以得到材料体系在不同条件下的稳定相态和相变规律。
第四部分：应用
材料热力学在材料科学和工程中有着广泛的应用。
例如，材料的相图就是利用热力学原理和实验数据绘制出的描述材料体系相态和相变规律的图表。
相图可以帮助研究人员预测材料的相变温度、相平衡条件等，为材料设计和制备提供指导。
此外，材料热力学还在材料合金设计、材料的热处理和相变控制等方面起着重要的作用。
材料热力学是研究材料体系热平衡和相变规律的学科。
通过基本概念的介绍，热力学定律的阐述，热力学函数的解释以及应用的讨论，我们可以更深入地理解材料热力学的重要性和应用价值。
在实际应用中，材料热力学为材料科学和工程领域的研究和发展提供了有力的支持。
通过不断深入研究和应用，我们可以更好地理解材料的热平衡和相变规律，为材料设计和制备提供更准确的指导和优化方案。