热力学平衡的基本概念

在没有外界影响的情况下，
非平衡态
系统各部分的宏观性质可以 自发地发生变化的状态。
太原理工大学物理系李孟春编写
平衡态是理想化模型，我们研究平衡态的热学规律. 2 平衡条件 一定质量的气体，如果满足与外界无能量交 换，内部无化学反应、 核反应的条件， 依靠分子热运动可以使气体内各部分达到：
密度 均匀、 温度 T 均匀、 压强 P 均匀
气体分子无规则热运动能达到的空间称为气体的 体源自文库.
容器中的气体的体积就是容积.
在SI中,单位是立方米. 2.压强P
大量气体分子与器壁碰撞,器壁单位面积所受 的正压力.
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在SI中,单位:帕斯卡(pa) 1pa=1N·m-2
1 atm = 1.013105pa = 760mmHg 3.温度 表征气体热运动剧烈程度的物理量. 温度的数值表示叫温标. 摄氏温标与华氏温标的关系
2.微观描述方法---统计物理方法
从物质的微观结构出发，用统计平均的方法，研究 热现象及规律的微观本质。
3.宏观方法和微观方法的关系 相辅相成、互相补充。
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§4-1 热力学平衡的基本概念
一 气体状态参量 表示系统有关特性的物理量叫状态参量.
描述气体系统的状态参量有:体积V,压强P,温度T. 1.体积V
第二篇 热学
一、热学研究对象及内容 1.对象
由大量分子或原子组成的宏观物体，称为热力 学系统。 热力学系统外的物体称外界。
对象的特征：大量无规运动的粒子组成。 2.内容
热现象：物质中大量分子热运动的集体表现。 热学研究与热现象有关的性质和规律。
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二、热学的研究方法
1.宏观描述方法---热力学方法 以实验事实为基础，从能量的观点研究热现象的宏 观特性和规律。
P不变
盖—吕萨克定律
V/T=constant
V不变
查理定律
P/T=constant
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一定量的理想气体，在平衡状态下，状态参量P、 V、T的关系可以由三条实验定律导出
PV C(恒量) T
1mol的理想气体在标准状态下，所占的体积 为22.4升.
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R 8.31J/K.mol
P nkT
n N 分子数密度 V
k R 1.381023J/K
NA
玻耳兹曼常数
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平衡态时宏观量不随时间改变，如压强P恒定, 但不 能保证任何时刻大量分子撞击器壁的情况完全一样 ,称为涨落现象，分子数越多，涨落就越小。
箱子两侧粒子数不可能严格相同，这里的偏差也 就是涨落.
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四 热力学第零定律 1 热平衡: 两物体通过热接触，经很长时间后达到 的宏观性质不再变化的状态称为热平衡态。
质量为M的气体，在标准状态下的状态参量
P0 1atm 1.01325 105 Pa
T0 273 .15K
V0
M M mol
22.4 10 3 m3
C P0V0 8.31 M R M
T0
M mol
M mol
PV M RT M mol
R 8.31 J/K.mol
普适气体恒量
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f (T , p,V ) 0 气体的状态方程
一般地，一个热力学系统达到平衡态时，其状 态参量之间满足的函数关系称为该热力学系统的 状态方程.
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2 理想气体的状态方程 温度较高、压强较小、密度较小的气体—理想气体
T不变 玻意耳-马略特定律
PV=constant
理想气体的 实验定律
此时,气体的状态参量不再随时间变化,这样的 状态就是平衡态.
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三 动态平衡与涨落 处在平衡态的大量分子永远进行热运动，由于碰 撞，每个分子的速度不断改变，但系统的宏观量 不随时间改变——动态平衡.
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.
另一种常用形式
由理想气体状态方程
系统内有 N个分子 每个分子质量 m
PV M RT M mol
气体质量 M Nm
气体的摩尔质量
P N R T V NA
M mol N Am
P nkT 常用形式
NA 6.0231023 / mol
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理想气体状态方程的两种形式
M
PV RT M mol
热力学第零定律为温度概念的建立提供了实 验基础, 互为热平衡的物体之间必存在一个相同 的宏观特征，即相同的温度.
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五 状态方程
1 状态方程的概念 状态参量在平衡态下有确定的数值和意义，那么不同 状态参量之间有什么关系？
以理想气体为例，状态参量有p、V、T，由实验测 得， P、V、T三者有关系：
t（F oF） 32 95（t oC）
摄氏温标与热力学温标的关系
t T 273.15
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二 平衡态 1 引入平衡态概念的必要性
只有在系统处于平衡态的条件下，状态参量才有确 定的数值和意义。
热力学 状态
平衡态
在没有外界影响的情况下， 系统各部分的宏观性质长时 期不发生变化的状态。