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电介质物理
- 第4章电介质的唯象理论
X.M. Chen ( 陈湘明)
Department of Materials Science Engineering,
Zhejiang University, Hangzhou 310027
Tel: E-mail: xmchen59@
Web: /xmchen
4.1 热力学方法基本概念
宏观均匀体系
热力学量
宏观均匀体系
宏观物质中的结构粒子存在复杂的热运动,这种微观运动决定了物质的
许多宏观性质.热力学方法的特点是找寻合适的宏观参数来描述宏观物
质中热运动的平均效应.
平衡态热力学研究的是宏观均匀体系.实验表明,在许多情况下,特别在
理想气体的情况下,宏观物质中的热运动总是倾向于使之成为均匀体系.
在一个均匀体系中取一个宏观足够小的体元,使其中含有足够多的结构
粒子,称为宏观无限小微观无限大体元,原则上可以计算出此体元中微
观运动给出的各种物理量的平均值,称之为热力学量.
若每种热力学量的值均与体元的具体划分方法无关,并且不因体元在体
系中位置的不同而变化,则称此体系为均匀体系.
在热力学中,称物质的宏观物理性质均匀的部分为一个相.
热力学量描述了宏观均匀体系的整体性质.
热力学第一定律
热力学方法的特点是根据大量实验结果,归纳成3个基本定律,在由这3个定律出发
用严格的数学方法推导出不同热力学量之间的关系.
热力学是一种唯象理论,不能采用它来根据自然常数计算出具体物质的热力学量
的数值.但是,能严格地用来定义热力学量的实验值,并预言不同实验结果之间的
关系.
热力学第一定律(实质上就是能量守恒定律)指出,在一切过程中,由外界流入系统
的热量DQ等于系统内能增量D U与系统对外界所作功D W之和, 即
DU DQ DW. (4.1)
热力学第一定律之重要意义在于把热学量与力学量建立起联系,将复杂的微观运
动用简单的热学量来描述.式(4.1)定义系统的定容热容量c 和定压热容量c
V P
U
cV ,下标V表示体积不变; (4.2)
T
V
H
cP T , 下标P表示压强不变. (4.3)
P
如果定义D W为外界对系统所作的功,则式(4.1)右边第二项相差一个负号.
热力学第二定律与第三定律
热力学也是仿照力学原理建立起来的.
在热力学第二定律中定义了一个广义力, 称为绝对温度T;相应的广义位移为熵,
记为s.故由力学原理就可写出微观公式
dQ Tds或ds dQ . (4.4)
T
因为讨论的是均匀体系,故要用热力学第三定律作补充:绝对零度是不可能达到
的.
值得强调的是,无论是平衡热力学还是随后发展起来的非平衡热力学,所研究的
热力学量只是热运动的平均值.
热力学理论仅适合于宏观范围,如果将热力学理论用到其适用范围之外,就会得
到荒唐的结果.
将热力学理论推广到宇宙,则会出现错误的结果;将其推广至微观领域也会产生
问题.
热力学量
热力学是从研究微观结构最简单的理想气体的过程中建立起来的.一个理想气体
在压强P 时体积增加D V,则系统对外界所作的功为
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