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第一章热力学基本概念基本规律 系统与状态的描述； 热力学过程与系统的内能； 热力学基本定律; 熵及热力学第二定律的数学表示； 热力学基本微分方程； 熵增加原理及过程判据； 能斯脱定理与绝对熵。 §1.1系统与状态描述 系统 热力学系统的平衡状态 及其描述 物态方程 一、热力学系统 系统和外界 系统的区分 1、系统和外界： 热力学中作为研究对象的范围称为热力学系统，简称为系统。由大量微观粒子（可以是原子、分子或电子也可以是场这种特殊物质）组成的有限宏观客体；在时间与空间上具有宏观尺度及包含极大数目的力学自由度；抽象为一些典型的体系。 所有与系统发生作用的系统以外的物质称为系统的外界或环境，简称为外界。 2、系统的分类： 根据系统和外界相互作用的情况区分 按化学性质划分 按物理和按化学性质划分 按均匀程度划分 ⑴、根据系统和外界相互作用的情况区分 孤立系统：与外界不发生任何相互作用的系统称为孤立系统。此时系统和外界既无能量交换也无物质交换。 封闭系统：与外界没有物质交换，但有能量交换的系统称为封闭系统。 开放系统：与外界既有物质交换，也有能量交换的系统称为开放系统，简称开系。 孤立系统的概念是一个理想的极限概念 ⑵、按化学性质划分 单元系：由单种化学组元组成。 多元系：由两种以上化学组元组成。 ⑶、按物理和按化学性质划分 单相系：整个系统的物理、化学性质相同。 复相系：系统可分为若干部分，各部分内物理、化学性质相同，但部分与部分之间有所不同。 ⑷、按均匀程度划分 均匀系统：组成系统的粒子的空间统计分布处处相同。 非均匀系统：组成系统的粒子的空间统计分布各处有所不同。 二、热力学系统的平衡状态 及其描述 热力学系统的平衡状态 热力学系统平衡状态的描述 1、热力学系统的平衡状态 平衡状态：孤立系统的各种宏观性质不再随时间变化的状态，称为热力学平衡态，简称平衡态。不符合以上条件的状态称为非平衡态 ——实验事实：孤立系统经过很长时间以后，达到一种状态，描述其状态的物理量(1) 不再随时间变化;(2) 尽可能均匀. 几点说明 1、弛豫时间：系统由非平衡态达到平衡态所经历的时间。其长短由趋向平衡的过程的性质决定。 2、热力学平衡态是一种动态平衡，常称为热动平衡。当系统处于平衡态时，虽然其宏观性质不再随时间发生变化，但组成系统的大量微观粒子仍然在不停地运动着，只是这些微观粒子运动的平均效果不变而已。 5、平衡的条件 力学平衡 热学平衡 相变平衡 化学平衡 6、平衡态 非平衡态 稳定态 系统处于平衡态时,系统有确定的状态参量,且宏观上是各处是相同的,无宏观的物理过程发生(仅有热运动); 系统处于非平衡态时,系统没有确定的状态参量,且宏观上是各处是不同的,有宏观的物理过程发生(定向输运过程); 系统处于稳定态时,系统有确定的状态参量,且宏观上是各处是不相同的,有宏观的物理过程发生(定向输运过程); 二、热力学系统的平衡状态的描述 状态参量 状态函数 状态参量分类 热力学单位 （国际单位制） 1、状态函数 状态参量 处于平衡状态的系统，各种宏观性质不变，各表征宏观性质宏观物理量具有确定值。其中只有确定数目的几个是相互独立的， 其余的宏观物理量可以表示为这几个独立量的函数。 作为独立变量描述系统平衡状态的宏观量称为状态参量。表示为状态参量函数的宏观物理量叫状态函数。 独立参量的个数随具体系统而定。 2.状态参量分类 几何参量：容积、面积、长度 力学参量：压强、表面张力、应力 化学参量：质量、摩尔数 电磁参量：电场强度、极化强度、磁场强度、磁化强度。 热学参量：温度、熵。 说 明 状态参量可分为内参量和外参量.内参量表征系统内部的状态。如气体的温度、密度以及介质的极化强度等都是内参量；外参量表征系统外界的状态，或者说加在系统上的外界条件，如容器的体积和作用于系统的电、磁场强度等都是外参量。 状态参量还可以按它与系统质量的关系划分为广延量和强度量两类。 在同一状态中与系统的质量成正比的态参量称为广延量，如粒子数、体积、内能等；与系统的质量无关的态参量称为强度量，如温度、压强、密度等。 3. 热力学单位 （国际单位制） 压强：帕斯卡： 标准大气压： 能量：焦耳： 三、 物态方程 1、物态方程： 给出温度与状态参量之间函数关系的方程，称为物态方程。 气体、液体和各向同性的固体等简单系统的物态方程： 物态方程是热力学中一个很重要的方程；具体的函数关系视不同的系统而异；不可由热力学理论推导出来，要由实验测定；根据物质的微观结构应用统计学的理论原则上可以导出。 2、几种物态方程 气体 简单固体和液体 顺磁性固体 3、与物态方程有关的三个系数 体涨系数： §