热力学与统计物理学(引言).ppt

热力学与统计物理学 引 言 一、热力学与统计物理学的任务 研究热运动的规律，研究与热运动有关的物性及宏观物质系统的演化。 热力学是热运动的宏观理论。它通过对热现象的观测、实验和分析，总结出热现象的基本规律，即热力学第一、二、三定律，是热力学理论的基础。它以这几个规律为基础,应用数学方法,通过逻辑演绎，得出物质各种宏观性质之间的关系，宏观物理过程进行的方向和限度等结论。 统计物理学是热运动的微观理论，它从物质的微观结构出发，应用微观粒子运动的力学定律和统计方法来研究物质热运动的性质，它把热力学三个相互独立的基本规律归结于一个基本的统计原理，并阐明这三个定律的统计意义，解释涨落现象。它认为物质的宏观性质是大量微观粒子运动的平均效果，宏观物理量是微观物理量的统计平均值。 二、研究的对象 由大量粒子（分子或原子）组成的有限的宏观物质系统（客体）三、学习的目的与要求 通过本课程的学习，要求学生掌握热现象的基本规律及研究体系热力学性质的理论方法，为后续课程和今后的学习与研究打下坚实的基础。 四、主要参考书目●热力学与统计物理学 马本堃等编●热力学 熊吟涛编（武汉大学）●热力学与统计物理学 龚昌德（南京大学）●热力学与统计物理 林宗涵（北京大学）●热力学简介 王竹溪（南京大学）●热力学·统计物理 王竹溪（南京大学） ●热力学·统计物理 汪志诚（教材） 第一章 热力学的基本规律 一、本章主要内容1、若干基本概念2、温度及物态方程3、热力学第一定律及其应用4、热力学第二定律5、卡诺定律及热力学温标6、熵的定义及熵的计算7、熵增加原理及其应用二、教学要求1、熟练掌握热力学的有关基本概念2、熟练掌握温度、物态方程的定义及应用3、牢固掌握热力学第一、二定律及其应用4、确切理解和掌握卡诺定理及热力学温标5、确切理解和掌握熵的定义、熵的性质和熵增加原理，熟练掌握熵的计算 §1.1 热力学系统的平衡状态及其描述一、系统与外界 系统：热力学所研究的物体系叫热力学系统，简称系统。它是由大量微观粒子组成的包含在指定边界之内的聚集物质。 外界：与热力学系统相互作用着的周围环境。 系统的分类 ⑴ 孤立系统：与外界既无能量交换又无物质交换的系统。 ⑵ 封闭系统：与外界有能量交换，但无物质交换的系统。 ⑶ 开放系统：与外界既有能量交换又有物质交换的系统。 二、热力学平衡态 系统的状态参量不随时间变化的状态称为热力学平衡态。系统状态参量随时间变化的状态称为非热力学平衡态。 1、系统由其初态达到平衡态所经历的时间称为弛豫时间；驰豫时间有长有短，由趋向平衡的过程的性质决定。 2、在平衡状态下，系统的宏观性质虽然不随时间改变，但组成系统的大量微观粒子仍处在不断的运动之中，只是这些微观粒子运动的统计平均效果不变而已，因此常称为热动平衡。 3、在平衡态下，系统宏观物理量的数值仍会发生或大或小的涨落，但对宏观物质系统这种涨落可以忽略。 五、改变系统状态的方式 1、能量交换 2、物质交换 3、同时有能量和物质交换。 §1.2 温度一、温度： 温度表征物体的冷热程度。温度是组成系统大量微观粒子无规则热运动剧烈程度的量度，反映系统内部热运动的特征，温度是决定一个系统是否与其他系统处于热平衡的宏观性质，其特征是一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。二、热力学第零定律（热平衡定律） A~C B~C = A~B如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡，则它们彼此必定也处于热平衡。 ⑴互为热平衡的系统存在一个态函数——温度 ⑵指明了比较温度的方法：即用温度计来比较各系统的温度。 五、气体温标的定义 1、定容气体温标的定义 保持气体温度计中气体的体积不变，以气体压强随其冷热程度的改变作为标志来规定气体的温度，国际上规定，纯水的三相点温度规定为273.16K , 用pt表示在三相点下温度计中气体的压强，当温度计中气体的压强为P时，用线性关系规定这时的温度TV为： 二、几种物质的物态方程。1、理想气体的物态方程 PV=n RT（R=8.31 Jmol-1K-1）2、非理想气体的物态方程（1）范德瓦耳斯方程 （1mol气体） 其中a,b为常数，其值视不同的气体而异，可由实