热力学考试题

1、克劳修斯等式与不等式：022

11≤+T Q T Q 。

2、可逆热力学过程0=⎰T dQ ，不可逆热力学过程0<⎰T

dQ 。 3、热力学基本方程：V p S T U d d d -=。

4、理想气体的熵函数

S ：0ln ln S V nR T nC S V ++=；

0ln ln S p nR T nC S p +-=。 5、吉布斯函数的全微分

Vdp TdS dH +=；Vdp SdT dG +-=；pdV SdT dF --=；pdV TdS dU -=

6、麦氏关系：

V S S p V T ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ ；p S S V p T ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ V T T p V S ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ ；

T

p p S T V ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ 7、开系的热力学基本方程：dn pdV TdS dU μ+-=

8、单元系的复相平衡条件：βαβαβαμμ===;;p p T T

9、准静态过程外界对气体所作的功：，外界对气体所作的功是个过程量

10、绝热过程中内能U 是一个态函数：A B U U W -=

11、定压热容比：p p T H C ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=；定容热容比：V

V T U C ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂= 迈耶公式：nR C C V p =-

12、绝热过程的状态方程：const =γpV ；const =γTV ；const 1

=-γγT

p 。 13、热力学系统平衡状态的四种参量：几何参量、力学参量、化学参量和电磁参量。

V p W d d -=

14、热力学第零定律：如果两个物体各自与第三个物体达到热平衡，它们彼此也处在热平衡.

15、热力学第一定律（即能量守恒定律）表述：任何形式的能量，既不能消灭也不能创造，只能从一种形式转换成另一种形式，在转换过程中能量的总量保持恒定；热力学表达式：Q W U U A B +=-；微分形式：W Q U d d d +=

16、热力学第二定律：克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体 而不引起其他变化（表明热传导过程是不可逆的）；

开尔文（汤姆孙）表述：不可能从单一热源吸收热量使之完全变成有用的功而不引起其他变化（表明功变热的过程是不可逆的）；

17、焦耳定律：气体的内能只是温度的函数，与体积无关，即)(T U U =。

18、无摩擦的准静态过程是可逆过程。

19、熵增加原理：系统经过可逆绝热过程后熵不变，经过不可逆绝热过程后熵增加，在绝热条件下熵减少的过程是不可能实现的。熵增加原理用来判断过程进行的方向和限度。

20．孤立系统处在稳定平衡态的充要条件是：0<∆S ；等温等容系统处在稳定平衡态的充要条件是：0>∆F ；等温等压系统处在稳定平衡态的充要条件是：0>∆G 。

21、获得低温的方法主要有节流过程和绝热膨胀过程；节流过程

前后气体的温度发生了变化，这个效应称之为：焦耳－汤姆孙效应；

22、写出焓、自由能、吉布斯函数的定义式及微分表达式 答：焓的定义H=U+PV ，焓的全微分dH=TdS+VdP ；

自由能的定义F=U-TS ，自由能的全微分dF=-SdT-PdV ；

吉布斯函数的定义G=U-TS+PV ，吉布斯函数的全微分dG=-SdT+VdP 。

23、试说明应用经典能量均分定理求得的理想气体的内能和热容量中哪些结论与实验不符（至少例举三项）。

答：第一、原子内的电子对气体的热容量为什么没有贡献；第二、双原子分子的振动在常温范围内为什么对热容量没有贡献；第

三、低温下氢的热容量所得结果与实验不符。这些结果都要用量子理论才能解释。

24、判断孤立系统是否处于平衡态的基本原则以及熵判据。 答：基本原则：可以设想系统围绕该状态发生各种可能的虚变动，而比较由此引起热力学函数的变化，根据热力学函数处在平衡态时的性质来判断系统的状态 。熵判据的內容：孤立系统的熵永不减少，过程进行时熵增加，直到熵达到最大值，系统处于平衡态。因此孤立系统/处在稳定平衡状态的必要和充分条件为：

02

12<+=∆S S S δδ。 25、能量均分定理？：对于处在温度为T 的平衡状态的经典系统，粒子能量中的每一个平方项的平均值等于kT 21。

26、卡诺定理：卡诺定理指出：所有工作于同样高温热源和低温热源的卡诺机，以可逆的卡诺机的效率为最大，任可ηη≥。

27、吉布斯函数的定义及其物理意义：吉布斯函数定义为：PV TS U G +-=。吉布斯函数是一个态函数,它的变化可以用可逆的等温ֽ等压过程中的除体积功以外的功来量度。

28、统计物理基本假设：统计物理基本假设是就是等概率原理,即孤立系统平衡态时各种可能的微观态出现的概率均等。

29、简述热力学平衡态：孤立系统，不论其初态如何复杂，经过足够长的时间后，将会达到各种宏观性质长时间内不随时间变化的状态，这样的状态叫热力学平衡态。

30、自由能的定义及其物理意义：自由能的定义TS U F -=。 自由能是个态函数，它的变化可以用可逆等温过程中的功来量度。

31、等概率原理：孤立系统处于平衡态时，所有可能出现的微观态的概率均相等。

32、为什么在熵和体积不变的情况下，平衡态的内能最小？ 由热力学第二定律有：dU TdS pdV ≤-

可得：当S 、V 不变时，即dS=0，dV=0。

所以，0dU ≤

由此可见，在系统由非平衡态趋向平衡态的过程中，系统的

内能一直在减少0dU <。

当系统达到平衡时，dU=0，内能取极小值。