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一、数学定义
函数 的全微分
全微分
§. 内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分
自变量
状态参量()
函数
热力学函数(态函数)()
二、热力学量表示为偏导数
函数关系:
全微分:
热力学基本方程
对比得:*
函数关系:
对比得:*
函数关系:
对比得:*
函数关系:
对比得:*
三、麦氏关系
求偏导数的次序可以交换
热力学微分关系
热力学函数
热力学基本方程
热力学偏导数
麦克斯韦关系
说明:
表中这套热力学关系是从热力学基本方程 导出的,从变量变换的角度看,只可能导出其它三个基本方程。
利用表中关系,加上 、 和附录一中的几个偏微分学公式,就可以研究均匀闭系的各种热力学性质。
表中关系是解决热力学问题的基础,应熟记它们。
简单记忆麦克斯韦关系的一种方法,如下:
§. 麦氏关系的简单应用
全微分:
对于范式气体:
对于理想气体:
固体的 很难测量,通过 计算之。
四、计算任意简单系统的定压热容量与定容热容量之差
( , ) ( , ( , ) )
附
雅可比行列式
, 是状态参量, 和 是热力学函数:
雅可比行列式定义
性质:
)
)
)
)
例一 求证绝热压缩系数与等温压缩系数之比等于定容热容量与定压热容量之比.
例二 求证
.节流过程
. 实验
. 过程方程
等焓过程
§. 气体节流过程和绝热膨胀过程
. 焦汤系数
μ与状态方程和热容量的关系
升温
降温
升温
降温
理想气体:
实际气体:
反转曲线
不变
反转温度
气体昂尼斯方程:
.
虚线-范德瓦耳斯气体
的反转温度。
实线-氮气反转温度。
第二位力系数随温度的变化关系
. 绝热膨胀
一定降温!
解释:能量转化的角度看,系统对外做功,内能减少,膨胀分子间平均距离增大,分子间相互作用势能增加,分子的平均动能毕减少,温度必降低。
内能是态函数,两个状态的内能差与中间过程无关。
从物态方程和热容量等得出热力学基本函数:内能和熵
一、选取物态方程
内能
§. 基本热力学函数的确定
熵
二、选取物态方程
例一 以温度、压强为状态参量,求理想气体的焓、熵和。
摩尔理想气体
由范德瓦耳斯方程(摩尔)
例二 求范氏气体的内能和熵
得:
带入:
只是的函数
作业: , , , ,
定义:在适当选取独立变量的条件下,只要知道一个热力学函数,就可以求得其余全部热力学函数,从而把均匀系统的平衡性质完全确定,这个函数称为特性函数。
其余参量
函数
§. 特性函数
即,已知函数 的具体表达式,可以通过微分求出其它热力学函数和参量。称 是 为参量的特性函数。
同理,由
称 是 为参量的特性函数
称 是 为参量的特性函数
称 是 为参量的特性函数
(课后请同学自己证明)
例:
证明,以 和 为状态参量,特性函数为 时,有
证:
由 (),全微分得
已知热力学函数
得到
对比得:
物态方程
例:求表面系统的热力学函数
由热力学基本方程:
热辐射:任何一个具有一定温度的物体都会以电磁波的形式向外辐射能量,这称为热辐射。这是热现象(与温度有关),区别于交变电流(偶极子)发射电磁波的电现象。(与温度无关)
. 概念定义
我们可以利用热力学理论描述热辐射。
§. 热辐射的热力学理论
辐射场:在辐射体周围空间中充满着辐射能,称为辐射场。
平衡辐射:若某物体在单位时间内向外辐射的能量恰好等于它所
吸收的外来辐射能,则称为平衡辐射。
.空腔辐射
封闭容积 中,器壁保持衡温,容器内将
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