[理学]统计物理课件 第二章.ppt

§2-1 内能、焓、自由能和吉布斯函数全微分 二.麦克斯韦( Maxwell )关系 §2-2 麦克斯韦关系的简单应用 二.焓态方程和定压热容量 三.简单系统的 §2-3 气体的绝热膨胀过程和节流过程 多孔塞实验： 说明 研究一个量变化如何引起另外一个量的变化，这种关系一般称为响应函数。 热容量是一种响应函数。 等温压缩系数、绝热压缩系数、热膨胀系数。 利用热力学关系可以导出响应函数之间的一些关系。 §2-4 基本热力学函数的确定 例题： 二.以T,p 为状态参量 例题： §2-5 特性函数 二. 以T, p 为独立变量——吉布斯函数G ( T, p ) 表面系统的热力学函数 §2-6 热辐射的热力学理论 辐射压强： 二 .平衡辐射场的热力学函数 2. 辐射场的熵 S ： 3. 辐射场的吉布斯函数G ： 三 .基尔霍夫定律和黑体辐射 意义： §2-7 磁介质的热力学理论 第二章作业 习题二：2，3，4，5，7， 10，12，18，19，20 选做或者思考题：22，23，24 物体辐射电磁波的能力的面辐射强度 ： 物体在 附近辐射电磁波能量的能力。 单位时间内电磁波从物体的单位面积发射，频率在 范围内的辐射能量为： 物体（窖璧） （由原子构成） 平衡辐射特征： 和 表征物体的固有属性。 物体（窖璧）对电磁波的吸收和发射达到平衡，因此有： （基尔霍夫定律） 基尔霍夫定律的物理意义： 任何物体对任何频率处的电磁波的面辐射强度和吸收因数之比都相同，是频率和温度的普适函数。 在任何温度下都能把投射到它上面的各种频率的电磁波全部吸收（没有反射） 绝对黑体是最好的辐射体： 绝对黑体（简称为黑体）： 基尔霍夫定律 然而，辐射场的通量密度 黑体的面辐射强度和辐射场的辐射通量密度相等： 平衡辐射（小孔辐射）又称为黑体辐射 先忽略介质的体积变化，因此磁介质没有体积变化功，为了简单起见，假设磁介质这个热力学系统只包含介质，不包括磁场，则使得介质磁化所作的功(见§1.4)： 磁介质的热力学基本方程： 这样，只要将以前的公式作如下代换： 以前的所有热力学公式可以直接应用。 磁场不变时，磁介质的热容量（对应定压热容量）： 假设磁介质遵循居里定律： 这说明：在绝热条件下减小磁场，磁介质的温度将降低，这个效应称为绝热去磁致冷，这是获得1K以下低温的有效方法。 绝热膨胀公式 如果考虑磁介质体积的变化： 上式左方描述了在温度和压强保持不变时，体积随着磁场的变化率，它描述磁致伸缩效应，右方给出了温度和磁场保持不变时，介质磁矩随着压强度变化率，它描述压缩效应。 这个表达式给出了这两种效应之间的关系。 当空间的磁场不均匀，磁化功经常采用另外一个表达式： 它不但包含当外磁场改变 时，为使得样品磁矩发生改变所作的功，而且还包含样品在外磁场中势能的改变。 由于两态内能之差是通过绝热过程的功定义的，使用两种不同功的表达式，内能的含义将不同，用U 和U * 表示相应的内能，有： 也就是说，U * 包含样品在磁场中的势能，这样其他热力学函数也有相应的变化。 * * 第二章 均匀物质的热力学性质 基本内容： 麦克斯韦关系及简单应用 气体的节流过程和绝热膨胀过程 特性函数 热辐射的热力学理论 磁介质的热力学理论 一. 热力学函数U, H, F, G 的全微分 热力学基本微分方程： dU = TdS – pdV 由 H = U + pV、 F = U – TS 和 G = H – TS 易得： dH = TdS + Vdp dF = – SdT – pdV dG = – SdT + Vdp 简单系统的热力学记忆图 U=U(S, V) dU = TdS – pdV 同理： 比较 一.能态方程和定容热容量 第一式给出了温度不变时, 系统内能随体积的变化率与物态方程的关系，称为能态方程；第二式是定容热容量。 这正是焦耳定律。 (1) 对于理想气体, pV = nRT，显然有： 讨论： (2) 对于范氏气体（1 mol）， 实际气体的内能不仅与温度有关，而且与体积有关。