材料热力学硕士讲解

热力学方法-Classical Thermodyanmics
经典热力学：
以大量粒子组成的宏观系统作为研究对象， 以经验概括出的热力学第一、第二定律为 理论基础，引出或定义了热力学能、焓、 熵、亥姆霍兹函数、吉布斯函数，再加上 P、V、T这些可由实验直接测定的宏观量 作为系统的宏观性质，利用这些宏观性质， 经过归纳与演绎推理，得到一系列热力学 公式或结论，用以解决物质变化过程的 能量平衡、相平衡和反应平衡等问题。
热力学的普适性
◈ 工程热力学： 应用于机械
◈ 化学热力学(Chemical thermodynamics)： 应用于化学现象或与化学有关的物理现象
◈ 材料热力学： 在引述热力学基本原理的基础上， 着重以固体材料为例，说明这些原理的 应用，实则是化学热力学的引伸。
热力学的普适性
A theory is the more impressive the greater the simplicity of its premises, the more different kinds of things it relates, and the more extended its area of applicability. Therefore the deep impression that classical thermodynamics made upon me. It is the only physical theory of universal content which I am convinced will never be overthrown, within the framework of applicability of its basic concepts.
对于过程进行的内在原因和变化机制， 需要借助统计物理学深入地涉及分子 (或原子)微观态的各种热运动， 这就是统计热力学。
统计热力学研究的对象： 与经典热力学研究的对象一样， 都是由大量粒子组成的宏观系统。
热力学方法-Statistical Thermodyanmics
热力学发展史
第一个阶段：17世纪末到19世纪中叶 此时期累积了大量的实验与观察的结果， 并制造出蒸气机，关于热的本性展开了 研究和争论，为热力学理论的建立 作好了热身，在19世纪前半叶出现的 热机理论和热功相当原理已经包含了 热力学的基本思想。这一阶段的 热力学还留在描述热力学的现象上， 并未引进任何的数学算式。
经典热力学研究的对象是平衡态， 面对许多自然现象和社会现象的 非平衡态，它显得有些不足，所以 对非平衡态热力学的研究就尤为重要
热力学的普适性
热力学的主要基础是热力学第一定律及 第二定律，它们是人类长期实践的经验总结。
热力学具有一定的普适性，它的概念和 方法可以应用于一切科学(物理学、化学、 生物学)与工程领域，甚至宇宙学和社会 科学(包括宗教)。代表性的有工程热力学、 化学热力学(物理化学)以及材料热力学等。
材料热力学 Thermodynamics of Materials
任课教师：文子 办公室：材料馆610室
Biblioteka Baidu
Introduction
definition of thermodynamics: Thermodynamics=Thermo+Dynamics 热力学=热(Heat)+动力(Power)
热力学发展史，基本上就是热力学与 统计力学的发展史，约可分成四个阶段：
◈ 经典热力学方法(Clasical thermodynamics): macroscopic and phenomenalogical
◈ 统计力学方法(Statistical mechanics) : microscopic and based on the quantum behavior of the constituent atoms of the material
热力学方法-Classical Thermodyanmics
经典热力学方法属于从宏观到宏观的方法
特点： 不涉及物质系统内部粒子的微观结构， 只涉及物质系统变化前后状态的宏观性质。
实践证明，这种宏观的热力学方法是 十分可靠的，它导出的结论有高度的 可靠性和广泛的普遍性。至今未发现过 实践中与热力学理论所得结论相反的情况。
热力学方法-Classical Thermodyanmics
宏观热力学的局限性：
◈ 它只能回答过程变化的可能性， 不能回答变化的现实性
◈ 它能提出反应的必要条件， 但不能提供充分条件
◈ 它能预测某一过程能否向某一方向进行， 以及进行的限度，但不能解决该过程进行 所需的时间以及内在原因和变化机制。
热力学方法-Statistical Thermodyanmics
热力学发展史
至20世纪初吉布斯(Gibbs)提出 系综理论，建立统计力学的基础
第四个阶段：20世纪30年代到今 主要是量子力学的引进而建立了 量子统计力学，同时非平衡态理论 更进一步的发展，形成了近代理论 与实验物理学中最重要的一环。
热力学分类
◈ 平衡态热力学 （可逆过程热力学、经典热力学）
◈ 统计热力学 ◈ 非平衡态热力学（线性、非线性非平衡）
A. Einstein
热力学的普适性
理论的推理前提越简单，它所联系的 不同事物越多，它的应用范围越广泛， 则这个理论给人的印象就越深刻。 因此，经典热力学……是具有普遍内容的 唯一的物理理论。在它的基本概念适用的 范围内，它绝不会被推翻。
爱因斯坦 1949
热力学方法
Thermodynamics is divided into two main subjects:
热力学发展史
第二个阶段：19世纪中到19世纪70年代末 此阶段热力学的第一定律和第二定律已 完全理论化。由于功热互换原理建立了 热力学第一定律，由第一定律和， 卡诺理论的结合导致热力学第二定律的成熟。
第三个阶段：19世纪70年末到20世纪初 这个时间内，首先由波尔兹曼将热力学与 分子动力学的理论结合，而导致统计热力学 的诞生，同时他也提出非平衡态的理论基础，