热统知识点总结

C H ，其中 C 为常数， m = MV T
为总磁矩
广延量和强度量：与系统的物质或物质的量成正比，称为广延量，如质量 m ，物质的量 n ，体积 V 和总 磁矩 m ；与质量或物质的量无关，称为强度量，如压强 含粒子数 N 1.4 功 热力学过程；作功是系统和外界交换能量的一种方式；准静态过程及其特点； 体积功：活塞向右移动， dW 活塞向左移动， dW 有限过程， W
热力学讲稿 热力学讲稿
导言 1、 热运动：人们把组成宏观物质的大量微观粒子的无规则运动称为热运动。 热力学和统计物理的任务：研究热运动的规律、与热运动有关的物性及宏观物质系统的演化。 热力学方法的特点： 热力学是热运动的宏观理论。通过对热现象的观测、实验和分析，总结出热现象的基本规律。这些实验 规律是无数经验的总结，适用于一切宏观系统。热力学的结论和所依据的定律一样，具有普遍性和可靠性。 然而热力学也有明确的局限性，主要表现在，它不能揭示热力学基本规律及其结论的微观本质和不能解释 涨落现象。 统计物理方法的特点： 统计物理学是热运动的微观理论。统计物理从物质的微观结构和粒子所遵从的力学规律出发，运用概率 统计的方法来研究宏观系统的性质和规律，包括涨落现象。统计物理的优点是它可以深入问题的本质，使 我们对于热力学定律及其结论获得更深刻的认识。但统计物理中对物质微观结构所提出的模型只是实际情 况的近似，因而理论预言和试验观测不可能完全一致，必须不断修正。 热力学统计物理的应用 温度在宇宙演化中的作用： 简介大爆炸宇宙模型； 3 k 宇宙微波背景辐射。 温度在生物演化中的作用：恐龙灭绝新说 2、参考书 （1）汪志诚， 《热力学·统计物理》 （第三版） ，高等教育出版社，2003 （2）龚昌德， 《热力学与统计物理学》 ，高等教育出版社，1982 （3）朗道，栗弗席兹， 《统计物理学》 ，人民教育出版社 1979 （4）王竹溪， 《热力学教程》 ， 《统计物理学导论》 ，人民教育出版社，1979 （5）熊吟涛， 《热力学》 ， 《统计物理学》 ，人民教育出版社，1979 （6）马本昆， 《热力学与统计物理学》 ，高等教育出版社，1995 （7）自编讲义 作者介绍：汪志诚、钱伯初、郭敦仁为王竹溪的研究生（1956） ； 西南联大才子：杨振宁、李政道、邓稼先、黄昆、朱光亚； 中国近代物理奠基人：饶毓泰、叶企孙、周培源、王竹溪、吴大猷： 中国物理学会五项物理奖：胡刚复、饶毓泰、叶企孙、吴有训、王淦昌。
p ，温度 T 和磁场强度 H 。热力学极限：系统所
→ ∞ ，体积 V → ∞ ，粒子数密度 N V 有限。
� � = F ⋅ dx = − pAdx = − pdV � � = F ⋅ dx = pAdx = − pdV ；
= − ∫ pdV
VA
VB
外界在准静态过程中对系统所作的功就等于
p −V
曲线
dW = µ 0VHdM
σ VE
µ 0VH
1.5 热力学第一定律 作功与传热是系统与外界发生能量相互作用的两种不同方式。绝热过程。 焦耳发现，用各种不同的绝热过程使物体升高一定的温度，所需的各种功在实验误差范围内是相 等的。这就是说，系统经绝热过程从初态变到终态，在过程中 外界对系统所作的功仅取决于系统的初 态和终态而与过程无关。由此可引入态函数内能 U 。 内能： U B
V
选择具有固定质量的理想气体经过一个等容过程和一个等温过程，由
A 变到 B ，其中
A ( p1 ,V1 , T1 ) ⇒ B′( p′ 2 , V1 , T2 ) ⇒ B ( p 2 , V2 , T2 )
等容过程，
A ( p1 ,V1 , T1 ) ⇒ B′( p′ 2 , V1 , T2 ) ，由理想气体温标有，
热容量 C
= lim
引入态函数焓
H = U + pV ，
焓的特点：在等压过程中系统从外界吸收的热量等于焓的增加值
∆H = ∆U + p∆V
定压热容量 C p
= lim (
∆T → 0
∆Q ∆U + p∆V ∂H ) p = lim ( )p = ( )p ∆T → 0 ∆T ∆T ∂T
热容量 C 、比热 c 和摩尔 C m 之间的关系： C
第一章 热力学的基本规律 1.1 热力学系统的平衡状态及其描述 热力学系统、外界、孤立系统、封闭系统和开放系统；热力学平衡态及其四个特点，状态函数和状态 参量，四类状态参量；简单系统，均匀系、相、单相系和复相系；系统的非平衡状态描述；热力学量的单 位； 1
Hale Waihona Puke 热力学讲稿1.2 热平衡定律和温度 绝热壁和透热壁、热接触、热平衡、热平衡定律（热力学第零定律） ；
（1.1） （1.2）
pC = pC ，即 FAC ( p A ,V A ;VC ) = FBC ( p B ,VB ;VC )
又由热平衡定律有，
f AB ( p A ,V A ; p B ,VB ) = 0
(1.1)与（1.2）为同一结果，说明（1.1）中两边的 VC 可以消去，即可以简化为
g A ( p A , V A ) = g B ( p B , VB )
′ T2 p2 p1 = ⇒ p′ × T2 2 = p1 T1 T1
′ , V1 , T2 ) ⇒ 等温过程， B′( p2
′ B ( p 2 ,V2 , T2 ) 由波意耳定律有， p ′ 2V1 = p 2V2 ⇒ p 2 =
p2 × V2 V1
综合以上两步，有
p1V1 p 2V2 pV = = = 常数 T1 T2 T pV np V pV = 0 0 = n 0 m = nR ，即理想气体状态方程 pV = nRT T T0 T0
an 2 )(V − nb) = nRT V2
nRT n n )[1 + B (T ) + ( ) 2 C (T ) + ⋅ ⋅ ⋅] V V V
昂尼斯方程： 简单固体和液体： V (T ,
p=(
p) = V0 (T0 ,0)[1 + α (T − T0 ) − κ T p ]
=
顺磁固体的物态方程： M
气体物态方程
∂V ∂p ∂T ) T ( ) V ( ) p = −1 。 ∂p ∂T ∂V
在热力学中由实验得到的波意耳定律、阿伏伽德罗定律和理想气体温标定义，可以推出理想气体状态方程。 推导过程如下：
p
A( p1 ,V1 , T1 )
B′( p′ 2 , V1 , T2 )
B ( p2 ,V2 , T2 )
外界所作的功可以分成两部分，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。 磁化功：外界电源为克服反向电动势，在 dt 时间内外界作的功为
dW = VIdt = ( NA
dB l d )( H ) dt = AlHdB = VHdB ，[ V = N ( AB ) ， Hl = NI dt N dt
= 273.16 K × lim
pt →0
p pt
；
= T − 273.15 。
f ( p, V , T ) = 0 称为物态方程。
和等温压缩系数 κT
体胀系数 α
=
1 ∂p 1 ∂V ( ) p 、 压 强 系 数 β = ( )V V ∂T p ∂T
=−
1 ∂V ( )T V ∂p
及其关系
α = κ T βp ，其中利用了 (
p1 V1
p 2 V2
p1 V1
p 2 V2
(a )
(b)
C
C B
A
A
B
(a )
温度； 考虑三个简单系统 A,B,C 当 A 和 C 处于热平衡时，有 当 B 和 C 处于热平衡时，有 由于
(b )
处于热平衡的两个热力学系统分别存在一个状态函数，而且这两个状态函数的数值相等，这个态函数就是
f AC ( p A ,V A ; pC ,VC ) = 0 ⇒ pC = FAC ( p A , V A ;VC ) f BC ( p B ,VB ; pC ,VC ) = 0 ⇒ pC = FBC ( p B ,V B ;VC )
p
p = p (V ) 下方面积的值。作功与过程有关。
1
p→
←p
A
2
B
dx
V
图1.4
图1.5
面积功：边框向右移动， dW 边框向左移动， dW
� � = F ⋅ dx = 2lσdx = σdA � � = F ⋅ dx = −2lσdx = σdA
+
l σl
− −
+
dx
图1.6
v
图1.7
极化功：当将电容器的电荷量增加 dq 时外界所作的功为
4
热力学讲稿
dW = vdq = Eld ( Aρ ) = ElAd ρ = EVdD ，[ dq = Adρ ， v = El ]
= EVd (ε 0 E + P ) = EVε 0 dE + EVdP ，[ ρ = D ， D = ε 0 E + P ] = Vd (
ε0E2 ) + EVdP 2
，[ B
]
= VHµ 0 d ( H + M ) = VHµ 0 dH + VHµ 0 dM
= µ0 (H + M ) ]
= Vd (
µ0 H 2 ) + µ 0VHdM 2
外界所作的功可以分成两部分，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。
（1.3） （1.3）说
明互为热平衡的两个热力学系统 A 和 B 分别存在一个状态函数 g A 和 g B ，而且这两个状态函数的数值相 等，这个态函数就是温度 g ( p, V ) 。 温度计、温标 经验温标：定容气体温度计（温标） TV