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1、热力学统计物理,2004. 2,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。,
2、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,1.1 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
3、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
4、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。,1.2 热力学第一定律,内能和热力学第一定律,内能,物质内部热运动总能量，包括分子无规运动动能，分子间相互作用势能和分子内部运动能量。也可包括分子在外场中的势能。,内能决定于系统内部热运动状态，是态函数。,通常温度下的理想气体,热力学第一定律,包括热运动形式的普遍能量转化转移守恒定律,内能变化由初末态决定，与具体过程无关；功和热都是过程量。,第一类永动机不可制造。,热容量和焓,热容量,系统升高单位温度所
5、吸收的热量。,热容量决定于物质属性，并依赖于过程。,广延量：正比于物质量，具有可加性。,定容热容量,定压热容量,焓,焓是态函数,在理想气体中的应用,内能,实验表明，理想气体向真空自由绝热膨胀后，温度不变。内能仅是温度的函数，与体积无关。,焓,热容量,温度变化范围不大， 可视为常数。,单原子分子理想气体 。,准静态绝热过程,令,或,卡诺循环,1,2,3,4,12等温膨胀,23绝热膨胀,34等温压缩,41绝热压缩,热机效率,逆卡诺循环,1,2,3,4,致冷系数,例1 令,这里下标,表示准静态绝热过程。试证,其中,证明：,热力学第一定律,例2 体积为,的容器内盛有空气，压强为,，低于大气压,，温度等于大气温度,。打开容器上的活门，直到,内外压强迅速平衡后关闭。将空气视为理想气体，求进入容器内的大气原来的体积与关闭活门时容器内气体的温度。设,解：取容器内原有空气和进入空气的全体为系统。,记,为所求量。,和,过程进行很快，可看作绝热。,为常量。,