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热力学讲稿 （云南师范大学物理与电子信息学院） 伍 林 李明 导言 热运动：人们把组成宏观物质的大量微观粒子的无规则运动称为热运动。 热力学和统计物理的任务：研究热运动的规律热运动宏观物质热力学是热运动的宏观理论宏观统计物理学是热运动的微观理论宇宙微波背景辐射。 温度在生物演化中的作用：恐龙灭绝新说 2、参考书 （1）汪志诚，《热力学·统计物理》（第三版），高等教育出版社2003 （2）龚昌德，《热力学与统计物理学》，高等教育出版社，1982，《统计物理学》统计物理学统计物理学《热力学与统计物理学》，高等教育出版社，19汪志诚中国物理学会五项物理奖胡刚复、饶毓泰、叶企孙、吴有训、王淦昌热力学热力学统计物理 处于热平衡的两个热力学系统分别存在一个状态函数，而且这两个状态函数的数值相等，这个态函数就是温度； 考虑三个简单系统A,B,C 当A和C处于热平衡时，有 当B和C处于热平衡时，有 由于，即 （1.1） 又由热平衡定律有， （1.2） (1.1)与（1.2）为同一结果，说明（1.1）中两边的可以消去，即可以简化为 （1.3）（1.3）说明互为热平衡的两个热力学系统A和B分别存在一个状态函数和，而且这两个状态函数的数值相等，这个态函数就是温度。 温度计、温标 经验温标：定容气体温度计（温标） 理想气体温度计（温标）； 摄氏温度 热力学温标 摄氏温度与热力学温度之间的关系：。 1.3物态方程 温度和状态参量之间的函数关系方程称为物态方程。 体胀系数、压强系数和等温压缩系数及其关系，其中利用了。 气体物态方程 在热力学中由实验得到的波意耳定律、阿伏伽德罗定律和理想气体温标定义，可以推出理想气体状态方程。推导过程如下： 选择具有固定质量的理想气体经过一个等容过程和一个等温过程，由变到，其中 等容过程，，由理想气体温标有， 等温过程，由波意耳定律有， 综合以上两步，有常数 由阿伏伽德罗定律有，，即理想气体状态方程 其中为普适气体常数。 热力学把严格遵守波意耳定律、阿伏伽德罗定律和焦耳定律的气体称为理想气体。 实际气体的范德瓦耳斯方程： 昂尼斯方程： 简单固体和液体：] 顺磁固体的物态方程：，其中为常数，为总磁矩 广延量和强度量：与系统的物质或物质的量成正比，称为广延量，如质量，物质的量，体积和总磁矩；与质量或物质的量无关，称为强度量，如压强，温度和磁场强度。热力学极限：系统所含粒子数，体积，粒子数密度有限。 1.4功 热力学过程；作功是系统和外界交换能量的一种方式；准静态过程及其特点； 体积功：活塞向右移动， 活塞向左移动，； 有限过程， 外界在准静态过程中对系统所作的功就等于曲线下方面积的值。作功与过程有关。 面积功：边框向右移动， 边框向左移动， 极化功：当将电容器的电荷量增加时外界所作的功为 ，[，] ，[，] 外界所作的功可以分成两部分，第一部分是激发电场作的功，第二部分是使介质极化所作的功。当热力学系统不包括电场时，只须考虑使介质极化作的功。 磁化功：外界电源为克服反向电动势，在时间内外界作的功为 ，[，] ，[] 外界所作的功可以分成两部分，第一部分是激发磁场作的功，第二部分是使介质磁化所作的功。当热力学系统不包括磁场时，只须考虑使介质磁化作的功。 广义功：，其中称为外参量，是与相应的广义力。 几种常用的广义功和与之对应的广义力、外参量 广义功 广义力（） 外参量（） 体积功 面积功 极化功 磁化功 1.5热力学第一定律 作功与传热是系统与外界发生能量相互作用的两种不同方式。绝热过程。 焦耳发现，用各种不同的绝热过程使物体升高一定的温度，所需的各种功在实验误差范围内是相等的。这就是说，系统经绝热过程从初态变到终态，在过程中外界对系统所作的功仅取决于系统的初态和终态而与过程无关。由此可引入态函数内能。 内能： 热量：系统经历非绝热过程， 热力学第一定律：（a）积分表达式：（b）微分表达式：