热力学统计物理——热力学的基本规律
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
返回
一、物态方程的概念
物体处于平衡态时，各状态参量与温度之间所满足的数 学关系式叫物态方程。对简单系统状态方程为：
f ( p、V、T) 0
（1）
状态方程的确定方法：
（1）实验方法 （2）理论方法
返回
（1）实验方法
直接测量或应用实验可直接测量的量，根据热力学关系导出：
定压膨胀系数α 压强系数β 等温压缩系数KT
第1章 热力学的基本规律
1.1 热力学系统的平衡状态及描述 1.2 热平衡定律和温度 1.3 物态方程 1.4 热力学第一定律和内能 1.5 热力学第二定律的文字叙述 1.6 熵和热力学第二定律的数学表示 1.7 熵增加原理及其简单应用
1.1 热力学系统的平衡状态及描述
一、热力学系统 二、热力学平衡态 三、状态参量
返回
一、热力学系统
由大量微观粒子（分子、原子等）组成并作为我们的宏观物 质系统研究对象叫热力学系统，与系统发生相互作用的其他物体 叫外界。 孤立系统：
与外界无物质和能量交换和其他作用的系统； 封闭系统：
与外界无物质交换但有能量交换的系统； 开放系统：
与外界有物质交换和能量交换的系统。
返回
二、热力学平衡态
（8）
适用条件
（1）无外场（不考虑重力等）作用下的理想气体； （2）大量粒子构成的系统且是惯性系； （3）系统处于平衡态； （4）温度不太低和不太高 (10 4 K T 10 4 K )
返回
2、范德瓦尔气体状态方程
范德瓦尔气体的微观模型叫刚球引力模型
a ( p )(v b) RT
v2
（1mol） （9）
返回
三、简单固体和液体物态方程
令 V=V（T，P） 进行微分，并利用定义式（2）、（3）得到
dV V (dT KT dp)
同除V得到
dV V
dT
KT dp
对固体和液体，α、KT很小，并假定为常数，将上式积分并作级数展开，取近似
V (T, P) V0 (T0 ,0)1(T T0 ) KT p （12）
返回
二、温度和温标 1、温度 2、温标
返回
1、温度
温度是反映两物体处于热平衡的性质的函数。 温度的微观定义：温度是表征组成系统的微观粒子无规 则运动剧烈程度的物理量。
返回
2、温标
温度的数值表示叫温标。
① 经验温标：
摄氏温标（t） 单位：0C 华氏温标（F） 单位：0F
tF
32 9 t 5
② 理想气体温标（温度为T、单位K)定义：
( p an2 )(V nb) nRT V2
（nmol） （10）
其中：b约为1mol气体分子刚球体积的4倍；而a为与引力有关的常数。
返回
3、普遍情况的实际气体状态方程为昂尼斯方程
p
( nRT V
)1
n V
B(T )
(n V
)2C(T )
（11）
B（T）、C（T）······分别叫第二、三、······维里系数
（1）
若B与C达到热平衡，即满足：
fBC ( pB ,VB ; pC ,VC ) 0
（2）
若A与B达到热平衡，即满足：
f AB ( pA,VA; pB ,VB ) 0
（3）
返回
3、适用范围和重要性
适用范围： 只对由大量微观粒子组成的且在时间、空间上有限的
宏观系统 重要性：
该定律定义了温度，为制造温度计和比较温度的高低 提供了理论根据
返回
四、其它物质体系的物态方程
1、顺磁固体 磁化强度
m C H T
（13）
2、表面系统 表面张力系数σ只与温度有关：
返回
1、理想气体物态方程
根据玻马定律、阿伏伽德罗定理和理想气体温标的定义导出：
PV nRT
11
(R 8.3145J mol K )
（6）
设系统质量为M，摩尔质量为μ，则n=M/μ。（6）式可写为：
PV M RT
（7）
设总分子为N，利用摩尔数n=N/N0，可写为：
PV NKT
23
1
K 1.3810 J K
1 V
( V T
)P
1 p
p
( T
)V
KT
1 V
( V p
)T
（2） （3） （4）
三者关系
KT pБайду номын сангаас
（5） 返回
（2）理论方法
依据具体物质的性质，建立微观模型，应用统 计物理理论导出。
返回
二、气体物质的物态方程
1、理想气体物态方程
2、范德瓦尔气体状态方程
3、普遍情况的实际气体状态方程为昂尼斯方程
T 273.16 lim p Pt 0 pt
t T 273.15
适用于10-4K→104K的温度范围 ③ 热力学温标[温度T，单位（开尔文）K]：由热机率定义
在理想气体温标使用范围内，它与理想气体温标一致
返回
1.3 物态方程
一、物态方程的概念 二、气体物质的物态方程 三、简单固体和液体的物态方程 四、其它物质体系的物态方程
V=V1 + V2 M=M 1+M2 （广延量）
V1、M1 P1、T1、ρ1
V2、M2 P2、T2、ρ2
图 1.1.1
P≠p1 + p2 Ρ≠ρ1 + ρ2 （强度量）
返回
⒈2 热平衡定律和温度
本节应重点掌握： （1）热平衡定律的文字叙述、数学表示、使用条件和重要性： （2）温度的概念以及几种温标。
一、热平衡定律 二、温度和温标
返回
一、热平衡定律 1、文字叙述 2、数学表示 3、适用范围和重要性
返回
1、文字叙述
如果两个物体（如A和B）都与第三个物体（如C）达到 热平衡，则它们彼此处于热平衡。
返回
2、数学表示
若A与C达到热平衡，即它们的状态参量PA、VA、PC、VC 之间满足：
f AC ( pA ,VA; pC ,VC ) 0
对孤立系统，经过长时间后系统宏观性质不随时间而变化的 状态叫热力学平衡态。 热力学平衡态的特点
⑴ 这是一种热动平衡； ⑵ 描述热力学平衡态的宏观量（称宏观参量）的个数最少。 ⑶ 平衡态可以用p-V图或V-T、p-T图中一个点表示。
返回
三、状态参量
热力学平衡态可以用数目最少的一些宏观物理量（用实验可 直接测量的量）来表示。能完全描述系统平衡态性质的、彼此独 立的物理量叫状态参量。
状态参量分类： （1）按描述的性质分类 （2）按该量是否具有可加性分类
返回
（1）按描述的性质分类
几何参量（如体积） 力学参量（如压强） 化学参量（如摩尔数） 电磁参量（如电场强度、电极化强度等） 热学参量（如温度）
返回
（2）按该量是否具有可加性分类
广延量：
具有可加性的量（如体积、质量）
强度量：
不具有可加性的量（如压强、温度、质量密度等）
一、物态方程的概念
物体处于平衡态时，各状态参量与温度之间所满足的数 学关系式叫物态方程。对简单系统状态方程为：
f ( p、V、T) 0
（1）
状态方程的确定方法：
（1）实验方法 （2）理论方法
返回
（1）实验方法
直接测量或应用实验可直接测量的量，根据热力学关系导出：
定压膨胀系数α 压强系数β 等温压缩系数KT
第1章 热力学的基本规律
1.1 热力学系统的平衡状态及描述 1.2 热平衡定律和温度 1.3 物态方程 1.4 热力学第一定律和内能 1.5 热力学第二定律的文字叙述 1.6 熵和热力学第二定律的数学表示 1.7 熵增加原理及其简单应用
1.1 热力学系统的平衡状态及描述
一、热力学系统 二、热力学平衡态 三、状态参量
返回
一、热力学系统
由大量微观粒子（分子、原子等）组成并作为我们的宏观物 质系统研究对象叫热力学系统，与系统发生相互作用的其他物体 叫外界。 孤立系统：
与外界无物质和能量交换和其他作用的系统； 封闭系统：
与外界无物质交换但有能量交换的系统； 开放系统：
与外界有物质交换和能量交换的系统。
返回
二、热力学平衡态
（8）
适用条件
（1）无外场（不考虑重力等）作用下的理想气体； （2）大量粒子构成的系统且是惯性系； （3）系统处于平衡态； （4）温度不太低和不太高 (10 4 K T 10 4 K )
返回
2、范德瓦尔气体状态方程
范德瓦尔气体的微观模型叫刚球引力模型
a ( p )(v b) RT
v2
（1mol） （9）
返回
三、简单固体和液体物态方程
令 V=V（T，P） 进行微分，并利用定义式（2）、（3）得到
dV V (dT KT dp)
同除V得到
dV V
dT
KT dp
对固体和液体，α、KT很小，并假定为常数，将上式积分并作级数展开，取近似
V (T, P) V0 (T0 ,0)1(T T0 ) KT p （12）
返回
二、温度和温标 1、温度 2、温标
返回
1、温度
温度是反映两物体处于热平衡的性质的函数。 温度的微观定义：温度是表征组成系统的微观粒子无规 则运动剧烈程度的物理量。
返回
2、温标
温度的数值表示叫温标。
① 经验温标：
摄氏温标（t） 单位：0C 华氏温标（F） 单位：0F
tF
32 9 t 5
② 理想气体温标（温度为T、单位K)定义：
( p an2 )(V nb) nRT V2
（nmol） （10）
其中：b约为1mol气体分子刚球体积的4倍；而a为与引力有关的常数。
返回
3、普遍情况的实际气体状态方程为昂尼斯方程
p
( nRT V
)1
n V
B(T )
(n V
)2C(T )
（11）
B（T）、C（T）······分别叫第二、三、······维里系数
（1）
若B与C达到热平衡，即满足：
fBC ( pB ,VB ; pC ,VC ) 0
（2）
若A与B达到热平衡，即满足：
f AB ( pA,VA; pB ,VB ) 0
（3）
返回
3、适用范围和重要性
适用范围： 只对由大量微观粒子组成的且在时间、空间上有限的
宏观系统 重要性：
该定律定义了温度，为制造温度计和比较温度的高低 提供了理论根据
返回
四、其它物质体系的物态方程
1、顺磁固体 磁化强度
m C H T
（13）
2、表面系统 表面张力系数σ只与温度有关：
返回
1、理想气体物态方程
根据玻马定律、阿伏伽德罗定理和理想气体温标的定义导出：
PV nRT
11
(R 8.3145J mol K )
（6）
设系统质量为M，摩尔质量为μ，则n=M/μ。（6）式可写为：
PV M RT
（7）
设总分子为N，利用摩尔数n=N/N0，可写为：
PV NKT
23
1
K 1.3810 J K
1 V
( V T
)P
1 p
p
( T
)V
KT
1 V
( V p
)T
（2） （3） （4）
三者关系
KT pБайду номын сангаас
（5） 返回
（2）理论方法
依据具体物质的性质，建立微观模型，应用统 计物理理论导出。
返回
二、气体物质的物态方程
1、理想气体物态方程
2、范德瓦尔气体状态方程
3、普遍情况的实际气体状态方程为昂尼斯方程
T 273.16 lim p Pt 0 pt
t T 273.15
适用于10-4K→104K的温度范围 ③ 热力学温标[温度T，单位（开尔文）K]：由热机率定义
在理想气体温标使用范围内，它与理想气体温标一致
返回
1.3 物态方程
一、物态方程的概念 二、气体物质的物态方程 三、简单固体和液体的物态方程 四、其它物质体系的物态方程
V=V1 + V2 M=M 1+M2 （广延量）
V1、M1 P1、T1、ρ1
V2、M2 P2、T2、ρ2
图 1.1.1
P≠p1 + p2 Ρ≠ρ1 + ρ2 （强度量）
返回
⒈2 热平衡定律和温度
本节应重点掌握： （1）热平衡定律的文字叙述、数学表示、使用条件和重要性： （2）温度的概念以及几种温标。
一、热平衡定律 二、温度和温标
返回
一、热平衡定律 1、文字叙述 2、数学表示 3、适用范围和重要性
返回
1、文字叙述
如果两个物体（如A和B）都与第三个物体（如C）达到 热平衡，则它们彼此处于热平衡。
返回
2、数学表示
若A与C达到热平衡，即它们的状态参量PA、VA、PC、VC 之间满足：
f AC ( pA ,VA; pC ,VC ) 0
对孤立系统，经过长时间后系统宏观性质不随时间而变化的 状态叫热力学平衡态。 热力学平衡态的特点
⑴ 这是一种热动平衡； ⑵ 描述热力学平衡态的宏观量（称宏观参量）的个数最少。 ⑶ 平衡态可以用p-V图或V-T、p-T图中一个点表示。
返回
三、状态参量
热力学平衡态可以用数目最少的一些宏观物理量（用实验可 直接测量的量）来表示。能完全描述系统平衡态性质的、彼此独 立的物理量叫状态参量。
状态参量分类： （1）按描述的性质分类 （2）按该量是否具有可加性分类
返回
（1）按描述的性质分类
几何参量（如体积） 力学参量（如压强） 化学参量（如摩尔数） 电磁参量（如电场强度、电极化强度等） 热学参量（如温度）
返回
（2）按该量是否具有可加性分类
广延量：
具有可加性的量（如体积、质量）
强度量：
不具有可加性的量（如压强、温度、质量密度等）