热力学统计物理各章重点总结

第一章

概念

1.系统:孤立系统、闭系、开系

与其她物体既没有物质交换也没有能量交换的系统称为孤立系;

与外界没有物质交换,但有能量交换的系统称为闭系;

与外界既有物质交换,又有能量交换的系统称为开系;

2.平衡态

平衡态的特点:1、系统的各种宏观性质都不随时间变化;2、热力学的平衡状态就是一种动的平衡,常称为热动平衡;3、在平衡状态下,系统宏观物理量的数值仍会发生或大或小的涨落;4、对于非孤立系,可以把系统与外界合起来瞧做一个复合的孤立系统,根据孤立系统平衡状态的概念推断系统就是否处在平衡状态。

3.准静态过程与非准静态过程

准静态过程:进行得非常缓慢的过程,系统在过程汇总经历的每一个状态都可以瞧做平衡态。

非准静态过程,系统的平衡态受到破坏

4.内能、焓与熵

内能就是状态函数。当系统的初态A与终态B给定后,内能之差就有确定值,与系统由A到达B所经历的过程无关;

表示在等压过程中系统从外界吸收的热量等于态函数焓的增加值。这就是态函数焓的重要特性

克劳修斯引进态函数熵。定义:

5.热容量:等容热容量与等压热容量及比值

定容热容量:

定压热容量:

6.循环过程与卡诺循环

循环过程(简称循环):如果一系统由某个状态出发,经过任意一系列过程,最后回到

原来的状态,这样的过程称为循环过程。系统经历一个循环后,其内能不变。

理想气体卡诺循环就是以理想气体为工作物质、由两个等温过程与两个绝热过程构成的可逆循环过程。

7.可逆过程与不可逆过程

不可逆过程:如果一个过程发生后,不论用任何曲折复杂的方法都不可能使它产生的后果完全消除而使一切恢复原状。

可逆过程:如果一个过程发生后,它所产生的后果可以完全消除而令一切恢复原状。

8.自由能:F与G

定义态函数:自由能F,F＝U－TS

定义态函数:吉布斯函数G,G=U-TS+PV,可得GA－GB－W1

定律及推论

1.热力学第零定律－温标

如果物体A与物体B各自与外在同一状态的物体C达到热平衡,若令A与B进行热接触,它们也将处在热平衡。

三要素:

(1)选择测温质;

(2)选取固定点;

(3)测温质的性质与温度的关系。(如线性关系)

由此得的温标为经验温标。

2.热力学第一定律－第一类永动机、内能、焓热力学第一定律:系统在终态B与初态A的内能之差UB-UA等于在过程中外界对系统所做的功与系统从外界吸收的热量之与,热力学第一定律就就是能量守恒定律、 UB-UA=W+Q、能量守恒定律的表述:自然界一切物质都具有能量,能量有各种不同的形式,可以从一种形式转化为另一种形式,从一个物体传递到另一个物体,

在传递与转化中能量的数量保持不变。

第一类永动机:不需要任何动力的,不断自动做功的机器。

3.焦耳定律－理想气体

气体的内能只就是温度的函数,与体积无关。这个结果称为焦耳定律。

对理想气体,第二项为零,则有:

4、热力学第二定律－第二类永动机、熵

热力学第二定律:1、克氏表述-不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其她变化;2、开氏表述-不可能从单一热源吸热使之完全变成有用的功而不引起其它变化,第二类永动机不可能造成

第二类永动机:能够从单一热源吸热,使之完全变成有用的功而不产生其它影响的机器。

熵取微分形式

5.卡诺定理及推论

卡诺定理:所有工作于两个一定的温度之间的热机,以可逆机的效率为最大

推论:所有工作于两个一定的温度之间的可逆热机,其效率相等

6.熵增加原理

熵增加原理:系统经绝热过程由初态变到终态,它的熵永不减少,熵在可逆绝热过程中不变,在不可逆绝热过程后增加。

7.最大功原理

在等温过程中,系统对外界所作的功－W不大于其自由能的减少。或系统自由能的减少就是在等温过程中从系统所能获得的最大功。

方程

第二章

概念

1.麦氏关系

2.焦－汤效应与焦－汤系数

在节流过程前后,气体的温度发生了变化。该效应称为焦－汤效应

定义焦—汤系数:焓不变的条件下,气体温度随压强的变化关系。H=H(T, P)

3.特性函数

4.平衡辐射与辐射通量密度

平衡辐射:当物体对电磁波的吸收与辐射达到平衡时,电磁辐射的特性将只取决于物体的温度,与物体的其它特性无关。

辐射通量密度:单位时间内通过小孔的单位面积向一侧辐射的辐射能量。

与辐射内能密度的关系:

5.磁介质的麦氏关系、热力学基本微分方程

热力学的基本微分方程dU = TdS - PdV

定律

1.焦耳定律

2.斯特藩—玻耳兹曼定律

3.基尔霍夫定律

方程

第三章

概念

1.热动平衡判据:熵判据、内能、焓、自由能、吉布斯判据

熵判据

孤立系dS 0 U,V不变,平衡态S极大。

对系统的状态虚变动,熵的虚变动

2.均匀系统的热动平衡条件与稳定条件

3.化学势

名为化学势,它等于在温度与压力不变的条件下,增加1摩尔物质时吉布斯函数的改变。

4.巨热力学势

巨热力学势J就是以T, V为独立变量的特性函数

5.单元复相系平衡条件

整个系统达到平衡时,两相的温度、压力与化学势必须相等。这就就是复相系达到平衡所要满足的平衡条件。

6.相图、三相点、相平衡曲线

AC—汽化线,分开气相区与液相区;

AB—熔解线,分开液相区与固相区;

OA—升华线,分开气相区与固相区。

A点称为三相点,系统处于该点的状态时,

为气,液,固三相共存状态。

C点称为临界点,它就是汽化线的终点。

在单元两相系中,由相平衡条件所得到的T－P 之间的关系P =P(T),在T－P 图上所描述的曲线称为相平衡曲线。AC, AB,OA线。

7.一级相变、二级相变、连续相变

一级相变:相变时两相的化学势连续,而化学势对温度与压强的一阶偏导数存在

突变。

二级相变的特征就是,在相变时两相的化学势与化学势的一级偏导数连续,但化学势的二级偏导数存在突变。

朗道(Landau, 1937)连续相变理论:连续相变的特征就是物质有序程度的改变及与之相伴随的物质对称性质的变化。通常在临界温度以下的相,对称性较低,有序度较高,序参量非零;临界温度以上的相,相反,序参量为零。

8.开系的热力学基本微分方程

dU =TdS -PdV +dn