[理学]大物热学第一章 热力学系统的平衡态及平衡方程.ppt

* 热学 Heat (and Thermodynamics) 什么是热学 研究热现象的规律及其应用的学科 热学包含的内容 1. 热学的基本参量——温度和热量的概念 2. 物质的热性质 状态方程 热膨胀 比热 热传递的规律 3. 热力学定律 第零、第一、第二、第三定律 4. 热现象的微观理论 气体分子运动论 统计物理 Chapter 1 热力学系统的平衡态及状态方程 主要内容为(1) 热平衡态及温度 (2) 平衡态的状态方程 Ⅰ.热平衡态、热力学第零定律、温度及温标 （1.2，1.3，1.4节） 1. 热力学系统（Thermodynamic system） 2.热力学平衡态 3.热力学第零定律、温度 II.状态方程（1.5，1.6节） III.气体分子运动论的初步概念（1.1，1.6节） Ⅰ.热平衡态、热力学第零定律、温度及温标 （1.2，1.3，1.4节） 1. 热力学系统（Thermodynamic system） 2.热力学平衡态 3.热力学第零定律、温度 II.状态方程（1.5，1.6节） III.气体分子运动论的初步概念（1.1，1.6节） ⒈热力学系统（Thermodynamic system） ●定义：在给定空间内由大量微观粒子（原子、分子）组成的体系。 微观上包含大量粒子（大数目的力学自由度）时间与空间上具有宏观尺度。 外界——与热力学系统发生相互作用的其它物体。 ● 热力学系统的分类： (1) 根据其与外界的相互关系 开放系统：与外界(有)物质交换，(有)能量交换。 封闭系统：与外界(无)物质交换，(有)能量交换。 绝热系统：与外界(有)物质交换，(无)热能交换。 孤立系统：与外界(无)物质交换，(无)能量交换。 (2) 根据成分 单元系 多元系(空气、盐水、合金….） (3)根据组成的均匀性，各部分间物理、化学性质的异同 单相系（monophase） 均匀系（水、水汽、冰） 复相系（multiphase） 非均匀系（水+水汽） LHe 固态冰 Fe 相——被一定边界包围的具有确定并且均匀的物理和化学性质的一个系统（子系统）。 相变（phase transition）——不同相之间的转变。 ● 热力学系统的状态参量 volume V pressure p temperature T p 定义为垂直作用于物体单位面积上的力。 单位 帕 非SI单位有 1 bar = 105 Pa 1 atm = 1.01×105 Pa ≈ 760 mmHg 1 Torr = 1 mmHg mole (摩尔) mol 1 mole 物质所含的结构粒子（原子、分子、离 子）数为Avogadro常数。 1 NA ～ 6.0221367×1023/mol Ⅰ.热平衡态、热力学第零定律、温度及温标 （1.2，1.3，1.4节） 1. 热力学系统（Thermodynamic system） 2.热力学平衡态 3.热力学第零定律、温度 II.状态方程（1.5，1.6节） III.气体分子运动论的初步概念（1.1，1.6节） 2. 热力学平衡态 ● 平衡态、非平衡态、稳态、准静态 －Equilibrium state 在不受外界影响（外界对系统不作功也不传热）条件下，系统的宏观性质不随时间而变化的状态。（它不是静止态，微观上系统内的分子仍在作热运动，但运动的平均效果不随时间改变，除了小的涨落）。 －steady state 在外界影响下，系统的各部分宏观性质不随时间而变化的状态。 例： －Non-equilibrium state 系统的宏观性质随时间而变化的状态。 从非平衡态到平衡态的转变，称为驰豫过程。其时间常数称为驰豫时间。 －Quasi-static (quasi-stationary) state 从非平衡态到平衡态转变的热力学过程中，每一个中间态（从非平衡到平衡）的驰豫时间可以忽略（比热力学过程快得多，即过程进行得足够慢），这种中间态近似可看作平衡态，称为准静态。 ● 热力学平衡