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统计物理 PHYS1503, 2017 春季学期 第一课 （第一周） 第一章热力学的基本规律 1.1 热力学系统的平衡及其描述 1.2 热平衡定律和温度 1.3 物态方程 第一章热力学的基本规律 1.1 热力学系统的平衡及其描述 热力学系统 ：大量微观粒子－分子或其它粒子组 成的宏观物质系统 外界 ：与系统发生相互作用的其它物体 外界 做功、热传递、粒子交换 热力学系统 根据系统与外界相互作用的情况分类 ： 孤立系、闭系与开系 孤立系 ：系统与外界无能量交换和物质交换 闭系 ：系统与外界有能量交换但无物质交换 开系 ：系统与外界有能量交换和物质交换 外界 做功、热传递、粒子交换 热力学系统 对于一个孤立系统，无论其初始态多么复杂， 经过足够长的时间后，系统的宏观性质不随时间 改变 （各宏观量保持恒定）的状态，称为热力学 平衡态 力学平衡 ：系统各部分受力平衡。 热平衡 ：系统内无定向热流。 相平衡 ：系统内各相物质的量保持恒定。 化学平衡 ：系统内各化学组分的量保持恒定。 平衡态的特性 Ø 平衡态驰豫时间 • 系统从初始态到平衡态所需的时间驰豫时间 • 驰豫时间由趋向平衡的过程决定 Ø 平衡态是一种动态平衡状态 • 大量微观粒子仍然在不停的运动中 • 平衡态是统计平均的效果不变 Ø 平衡态下宏观量存在微小偏差——涨落 状态参量 几何参量 ：长度、面积、体积 、应变张量等 (V) 力学参量 ：压强 、应力张量等 ( p ) 化学参量 ：各组分的量 ：摩尔数 、质量、浓度等 (n) 电磁参量 ：电场强度、电极化强度、磁场强度、磁化强度等 广延量与强度量 广延量 ：与系统的量成正比 ：、 、 V U S… 强度量 ：与系统的量无关 ：、 、 p T u… 宏观参量 ：状态参量的函数 （状态函数） 根据系统均匀性分类 ： 单相系 ：系统各个部分性质完全一样 ；一个均匀的部分成为 一个相 复相系 ：整个系统不均匀，但可以分成若干个均匀的部分 例子 ：水和水蒸气构成的一个二相系 复相系平衡态 ： Ø 针对每个相都可以用上面的四类参量来表示 Ø 各相的参量不完全独立 Ø 满足平衡态条件 1.2 热平衡定律和温度 温度 ：热力学特有的一个物理量 绝热壁 ： Ø 刚性器壁，两个物体之间 没有物质交换和力的相互 作用 Ø 两物体的状态可以完全独 立地改变，互不影响 透热壁 ： Ø 非绝热的器壁 Ø 两物体的状态的改变互相 影响 热接触 ：两个物体通过透热壁相互接触 Ø 各自平衡态收到破坏 Ø 经过自够长时间，重新建立共同平衡态 ü 两个物体达到了热平衡 驰豫 P , V P , V 3 3 4 4 热平衡定律 （热力学第零定律） 定律描述 ：经验表明，如果物体 和