热力学与统计物理---热力学的基本规律.ppt

热力学·统计物理

研究对象和目的
宏观物质系统:
由大数微观粒子组成;
无规则运动——热运动,决定热现象(物性和物态)。
研究方法
宏观唯象理论——热力学
微观本质理论——统计物理
导言
热力学
以可测宏观物理量描述系统状态;
气体:压强、体积和温度
实验现象
热力学基本定律
宏观物性,
结论可靠普适;
结合实验才能得到具体物性;
物质看成连续体系,不能解释宏观物理量涨落。
统计物理
从微观结构出发,深入热运动本质,认为宏观物性是大量微观粒子运动性质的集体表现;
微观粒子力学量
宏观物理量
热力学基本定律归结为一条基本统计原理,阐明其统计意义,可解释涨落;
借助微观模型,近似导出具体物性。
第一章热力学的基本规律
热力学基本概念
热力学第一定律
热力学第二定律
熵和熵增加原理
热力学基本方程
系统
孤立
封闭
开放
物质交换
无
无
有
能量交换
无
有
有
§ 热力学基本概念
热力学系统
由大数微观粒子组成的宏观物质系统
外界
与系统发生相互作用的其他物质
系统与外界
平衡态及其描述
平衡态
孤立系经过足够长时间(弛豫时间)后必定自发到达的状态,宏观性质不随时间改变。
热动平衡——一切宏观流动停止,热运动未停止,只是平均效果不变。
涨落——宏观物理量围绕平均值的微小起伏,在热力学中忽略。
非孤立系平衡态:系统+外界=孤立系统
系统的稳恒态不一定是平衡态。
状态参量
平衡态系统具有确定的宏观物理量,这些量不全部独立。可任意选取一组独立宏观量确定平衡态。
态函数
表示为状态参量函数的其他宏观量。
气体:压强和体积可独立改变, 为状态参量。
平衡态对应图上的一点。
温度与物态方程
温度
物体的冷热程度,
微观上反映热运动的剧烈程度。
温度决定于系统内部热运动状态,是态函数。
温度概念的建立基于热力学第零(热平衡)定律。
理想气体
物态方程
给出温度与状态参量间函数关系的方程,由实验测定。
气体
可任选其中之二为状态参量,第三个作为态函数。
准静态过程
过程
热力学状态变化的经历。实际过程必定经历非平
衡态。
准静态过程
无限缓慢进行的理想过程,经历的每个状态可视为平衡态。
气体的缓慢膨胀和压缩,
表示为图上的过程曲线。
功
系统与外界交换能量的宏观方式,通过机械作用或
电磁作用实现。
准静态过程的体胀功:
系统对外界
功是过程量,不是态函数增量。
热
系统与外界交换能量的微观方式,通过粒子间的相
互作用实现,必须存在温度差。