第一章 热力学的基本规律(2014).

V E d P
l
使介质极化的功 激发电场的功
3，磁介质
外界电源克服反向电动势做功：
L
dW VIdt
A
+ -
0 dW Vd 2
2
V dm 0
使介质磁化所作的功
激发磁场的功
五，准静态过程外界功的一般形式
外界对系统所做的每一项功都可以写成
2
三，简单固体和液体
V (T , p) V0 (T0 ,0)1 T T0 T p
四，顺磁性固体
物态方程反映状态参量单位体积磁矩、磁场强度 和温度之间的关系：
f m, , T 0
C 居里定律： m T
总磁矩：
顺磁性固体的物态方程
mV
五，广延量与强度量
三，特殊的非静态过程
1，等容过程：Ｗ＝０
２，等压过程：Ｗ＝－Ｐ（ＶＢ－ＶＡ）＝－Ｐ∆Ｖ
四，外界对系统作功的其它形式
1，液体表面薄膜
外界克服表面张力所 作的功为：
σl
l dx
dW 2ldx dW dA
+
２，电介质
电 介 质
dW Vdq
0E dW Vd 2
2
A
和外界有能量交换，也有物质交换
二，热力学平衡态 孤立系统——足够长的时间——平衡态 系统的各种宏观性质长时间内不发生任何变化。 1，驰豫时间 三，平衡状态的描述 2，热动平衡 3，涨落现象
1, 状态参量：自变量
2，状态函数：其它物理量可表述为自变量的函数。 四，状态参量的分类 1，几何参量；2，力学参量；3，化学参量；4，电磁参量。
§1.4 功
一，准静态过程
进行得非常缓慢的过程，系统在过程中经历 的每一个状态都可以看作平衡态。 系统的状态参量改变 ∆ 的时间远大于弛豫时间
p
p
∆V
dx
二，准静态过程中外界对系统所作的功
dW pdV
系统由VA—VB：
W pdV
VA
VB
ຫໍສະໝຸດ Baidu
P
A
Ⅰ Ⅱ B
V
外界对系统作的功跟过程有关。 功不是态函数。
1 V V T P 1 p p T V
和物态方程相关的几个物理量：
1，体胀系数：
2，压强系数：
1 V 3，等温压缩系数： T V p
V p
p T T V 1 V p T
简单系统：仅需体积和压强两个参量就可以确定的系统。
五，均匀系、相
1，均匀系：系统各部分的性质完全一样的系统。
2，一个均匀的部分为一相，均匀系也叫单相系。 3，复相系：系统不是均匀的，但可以分为若干个均匀的 部分。
§1.2
热平衡定律和温度
实验现象
P1 V1 P2 V2
一，热平衡定律
P1 V1
P2 V2
序
一，火与冰
二，蒸汽机与工业文明 三，热力学与统计物理学的任务 研究热运动的规律及热运动对物质宏观性质的影响。 四，热力学和统计物理学的比较 热力学是热运动的宏观理论。是一门实验科学，根据经 验总结出热力学三定律，具有高度的可靠性和普遍性。 统计物理学是热运动的微观理论，物质的宏观量是微观 量的统计平均，把热力学三定律归结为一个基本的统计原理 。
T
T p
二，气体的物态方程 玻-马定律：在固定质量，温度不变的条件下 理 ＰＶ＝Ｃ 想 阿氏定律：在相同的温度和压强下，相等体积所包 气 含的各种气体的质量与他们各自的分子量成正比。 体 焦耳定律
1，理想气体的物态方程
设想气体由 变化到 设 想 过 程 中间状态 状态Ⅰ（P1，V1，T1） ’ ，V ，T ） （ P 状态Ⅱ（P2，V2，T2） 2 1 2
1 mol理想气体：
n mol理想气体：
pV RT pV nRT
理想气体 的物态方程
2，实际气体的物态方程
⑴ 范德瓦尔斯方程：
an ( p 2 )(V nb) nRT V
⑵ 昂尼斯方程：
2
nRT p V
n n 1 BT C T V V
五，学习热力学与统计物理学的意义
热力学与统计物理学是研究能量及其转换的科学。 六，重新认识世界 电子衍射实验
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
借鉴经典力学的隔离体方法
相互作用
热力学系统
外界
一，热力学系统
1，孤立系 和外界无任何相互作用
2，闭系
3，开系
和外界有能量交换，但无物质交换
（2）是（1）的推论，所以（1）式应该和
2
VC 无关
g A ( p A ,VA ) g B ( pB ,VB )
结论：互为热平衡的两个系统分别存在一个状态函 数，这两个函数数值相等，这个函数称为系 统的温度。
§1.3 物态方程
一，什么是物态方程
给出温度和状态参量之间关系的方程
对简单系统：
f ( p, V , T ) 0
⑴ 等容过程： ⑵ 等温过程：
T2 p p1 T1 ' p2V1 p2V2
' 2
（根据理想气体 温度的定义） （玻-马定律）
p1V1 p2V2 C T1 T2
（反映两个状态之间的 关系，和过程无关）
根据阿氏定律，普适气体常数：
pnV0 1 2 R 8.3145 J mol K T0
1，
绝热壁
2，透热壁
C
3，热接触，4，热平衡
A
B
热平衡定律：各自与第三个物体处于热平衡的两个物体，它们 彼此也处于热平衡。也叫热力学第零定律。
二，状态函数温度的导出
设系统Ａ和系统B分别 与系统C处于处于热平衡。 系统Ａ和Ｃ处于热平衡：
A
C
B
解得：
f AC ( p A ,V A ; pC ,VC ) 0 pC FAC ( p A ,VA ;VC ) f BC ( pB ,VB ; pC ,VC ) 0
系统Ｂ和Ｃ处于热平衡：
解得：
pC FBC ( pB ,VB ;VC )
如果系统Ａ、Ｂ同时和系统Ｃ处于热平衡，上述 压强应该相等：
FAC ( p A ,VA ;VC ) FBC ( pB ,VB ;VC )
根据热平衡定律，系统Ａ、Ｂ也处于热平衡
1
f AB ( pA ,VA ; pB ,VB ) 0