热力学系统的平衡态及状态方程习题 .PPT

* 你们好 * 主要内容 §1-1. 物质结构的基本图像 §1-2.热力学系统及其状态参量 §1-3.平衡态的概念 §1-4.温度与温标 §1-5.状态方程的一般讨论 §1-6.气体的状态方程 * §1-1. 物质结构的基本图像 一.物质由分子、原子等微观粒子组成，微观粒子之间存在一定的空隙； 二.物质分子处于永不停顿的无规则状态运动；分子运动论的基本概念: 三.分子之间存在相互作用 斥力 引力 (分子力与分子间距离的关系) 一切宏观物体都是由大量分子组成的，分子都在永不停息地作无序热运动，分子之间有相互作用的分子力。 * §1-2.热力学系统及其状态参量 一.热力学系统的分类 1. 根据系统与外界的关系：开放系统；封闭系统；孤立系统；绝热系统 2. 根据系统的组成成分：单元系统；多元系统 3. 根据系统组成的均匀性：单相系统；复相系统 二.状态量与过程量 ? 用来确定系统状态的物理量,称为系统的状态(参)量。 系统的状态参量：体积(V);压强(p);温度(T) 电磁学基本物理量(如P、M)； ? 如果物理量受到系统达到某一状态前的过程影响，(随不同过程而异)，则是过程量。如A，Q等 * §1-3.平衡态的概念 一.平衡态 在没有外界影响的情况下，系统各部分的宏观性质在长时间内不发生变化的状态。 ? 不受外界影响的系统必达到平衡(状)态； ? 系统的宏观状态参量不随时间改变; ? 系统内微观的热运动达到最无序的状态. 二.平衡态的性质 若两系统发生热接触后能继续处于原来的平衡态而不发生变化, 则称这两个系统处于热平衡. 三.系统间的热平衡 * 一.热力学第零定律(温度相同的判定原则) 设A系统和B系统、B系统和C系统分别热平衡，则A系统和C系统一定热平衡。 宏观上：物体的冷热程度； 微观上：反映物质内部分子运动剧烈程度； 温度： §1-4.温度与温标 与分子热运动的剧烈程度有关的物理量。 二. 温标 ? 温标： 温度(高低的数值标定)的数值表示方法。 ? 温标的三要素： 测温物质、测温属性、固定标准点 * §1-5.状态方程的一般讨论 一.状态方程的基本概念 V,P,T是常见的描述系统宏观状态及性质的状态参量 平衡态热力学系统状态参量之间的函数关系： —热力学系统状态方程,简称状态方程 态函数：可由独立变化的状态参量完全确定的状态参量或其他物理量. 如 p-V-T三维曲面, 不便观察分析. 通常投影成p-V图, p-T图，V-T图。 一般是不独立的 * 二.描述物质状态变化性质的物理量 根据测量的可行性，引入如下物理量描述热力学系统状态变化的基本性质. (1)体膨胀系数: (2)等温压缩系数: (3)等体压强系数: 可以证明： 中只有两个可以独立变化。 即 * 一.理想气体 理想模型，宏观特征： 严格遵守Bolye定律、Charles定律、Gay-Lussac定律，且其压强温度系数和体膨胀系数严格相等。 温度越高、压强越低，近似越好 或：严格遵守Clapeyron方程的气体 实际气体多数情况下可近似为理想气体， §1-6. 气体的状态方程 * 二.理想气体状态方程 混合气体时： 表观摩尔质量: 气体系统处于平衡态时，可用P、V、T之间的函数关系表示，称为状态方程． 压强不太大，温度不太低时，气体遵从理想气体状态方程(Clapeyron方程): * ——Dalton分压定律 混合气体的总压强等于各气体的分压强之和。 即 ——混合气体总摩尔数 理想气体状态方程 另外，混合气体各组分具有相同的压强， 依然成立。 * = 单位时间内大量气体分子对于单位面积器壁的冲量. 气体的压强：是大量气体分子碰撞器壁的平均效果 2.理想气体的压强公式 压强公式推导: V 系统: 如图, 一个质量m、速度为 的分子与面元ds碰撞中给ds的冲量为 vixdt x ds ? dt时间内 分子对ds的冲量为 dt时间内与面元ds相碰的速度为 的分子数： Fdt ? pdsdt x ds * 令 表示分子平均平动动能 ? 理想气体压强公式： 检验: 压强公式+ 速率分布律 ? 理想气体状态方程 道尔顿分压定律： ? * （即气体分子平均动能与温度的关系） ? 微观: 温度只与气体分子的平均平动动能有关. 或：温度表征物体内部分子无序运动的剧烈程度。 是统计规律, 只能用于大量分子构成的系统。 温度相同而种类不同(?不同)的理想气体分子都具有相同的平均平动动能. 或 3. 温度的本质 由理想气体状态方程 ，其压强可表为 , 与 比较，得 其中R=NAkB, n=νNA/V * 1、在一密闭容器中，储有A、B、C三种理想气体，处于平衡状态．A种气体的