No.05-热力学统计物理20070917

热力学·统计物理Thermodynamics&StatisticalPhysics河北师范大学物理学院XJLiuLab.OfOrganicSolidstatetheory,CollegeofPhysics,HebeiNormalUniversity热力学·统计物理No.05课程回顾第一章热力学的基本规律

§1.1热力学系统的平衡状态及其描述

§1.2热平衡定律和温度

§1.3物态方程

§1.4功

§1.5热力学第一定律

§1.6热容量和焓

§1.7理想气体的内能

§1.8理想气体的绝热过程

§1.9理想气体的卡诺循环

§1.10热力学第二定律§1.11卡诺定律新课内容§1.12热力学温标§1.13克劳修斯等式和不等式§1.14熵和热力学基本方程§1.15理想气体的熵§1.16热力学第二定律的数学表述§1.17熵增加原理的简单应用§1.18自由能和吉布斯函数§1.10热力学第二定律克劳修斯表述开尔文表述定律的两种表述:实质:指出一切与热现象有关的实际过程都有其自发的进行方向，是不可逆的。一个过程是否可逆实际上是由初态和终态的相互关系决定。§1.11卡诺定理所有工作于两个一定温度之间的热机，以可逆机的效率为最高。所有工作于两个一定温度之间的可逆热机效率相等.课程回顾§1.12热力学温标不依赖任何测温物质水的三相点的温度为273.16K可逆卡诺热机的效率§1.13克劳修斯等式和不等式=:可逆<:不可逆从热源吸收的热量课程回顾§1.10热力学第二定律（开尔文表述）§1.13克劳修斯等式和不等式§1.11卡诺定律§1.12热力学温标§1.14熵和热力学基本方程§1.16热力学第二定律的数学表述课程回顾可逆过程不可逆过程§1.14熵和热力学基本方程可逆R’ABRR,R’可逆初态A

和终态B

给定后与可逆过程的路径无关RR’为两任意可逆过程初态A

和终态B

给定与可逆过程的路径无关克劳修斯根据这个性质引进了一个态函数:entropy一、2.熵是系统态函数。态确定，熵定。宏观角度理解熵：1.上式给出的是熵差;积分路径为任意可逆的过程3.熵是广延量，具有可加性。4.熵变的微分形式积分因子←核心地位5.吸热与熵变关系：可逆过程吸热直接与系统熵变联系，显示熵在能量转化中作用。entropy

熵二、

热力学基本方程推导来自可逆过程，但与过程无关(1.14.5)(1.14.6)外界对系统做的功一般形式：说明：综合热一、二定律，给出了相邻两平衡态状态变量USV增量关系§1.15理想气体的熵1mol理气消去P若温度范围变化不大nmol理气(1.15.1)根据熵的广延性若温度范围变化不大nmol理气(1.15.1)消去V理想气体的熵的两种表达式求得一个系统熵函数表达式后，只要将初终态的状态变量代入相减，便可求得过程前后熵变。（不论是否可逆）[例]一理想气体，经准静态等温过程，体积由VA变为VB。求过程前后气体熵变。解：初态（T,VA）的熵终态（T,VB）的熵熵变讨论：气体从热源吸热气体放热给热源§1.16热力学第二定律的数学表述熵克劳修斯等式和不等式{克劳修斯表述:

不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。开尔文表述:

不可能从单一热源吸热使之完全变成有用的功而不引起其它的变化。数学表述1.数学表述AB微过程等号对应可逆过程，Ｔ为热源温度热源温度系统温度2.熵增加原理绝热过程系统经绝热过程由初态变到终态，它的熵永不减少。1.数学表述熵在可逆绝热过程中不变，在不可逆绝热过程后增加。给出热二律对过程限制系统可能变化3.初终态为非平衡态，熵增原理仍然正确系统熵为各部分熵之和。把系统分为许多小部分，每部分可视为局域平衡态；（广延性）绝热过程1).孤立系统的熵永不减少，孤立系统所发生的不可逆过程总是朝着熵增加的方向进行的。4.熵增加原理的应用3).克劳修斯的宇宙“热寂论”玻耳兹曼的批判：“涨落”的观点；恩格斯的批判：“各种运动形态相互转化的可能性是永不消灭的”*引力主导的膨胀宇宙绝热过程孤立系统2).统计意义：孤立系统发生的不可逆过程总是朝着混乱度增加方向进行。1).孤立系统的熵永不减少，孤立系统所发生的不可逆过程总是朝着熵增加的方向进行的。4.熵增加原理的应用§1.18自由能和吉布斯函数讨论特殊物理条件下热力学过程进行的方向熵增加原理绝热过程等温过程等温等压过程判断绝热过程进行方向定义----自由能(“态函数”)1.等温过程等温过程中，系统对外所做的功-W不大于其自由能的减少。系统在过程中与恒温热源T接触，由初态A到终态B自由能的减少是等温过程系统所能获得的最大功。等温过程系统对外做功上限假如只有体积变化功，那么：等温等容过程中，系统的自由能永不增加。等温过程中，系统对外所做的功-W不大于其自由能的减少。等温等容条件下，系统中发生的不可逆过程总是朝着自由能减少的方向进行。1.F是态函数。等温过程引入F,不依赖等温过程。2.F是广延量，具有可加性。（温度均匀）3.等温过程系统对外做功满足：4.在没有其它形式功的情况下，等温等容过程有：提供判断不可逆等温等容过程方向准则，向着自由能减小方向自由能函数性质小结：2.等温等压条件下体积变化功其它功定义状态函数----吉布斯函数若W1=0等温等压过程后，吉布斯函数永不增加。等温等压下不可逆过程总朝着吉布斯函数减小方向进行。（T,p）1.G是态函数。2.G

是广延量，具有可加性。（温度、压强均匀）3.等温等压过程：提供判断不可逆等温等压过程方向准则，即向着吉布斯函数减小方向吉布斯函数性质小结：熵增加原理绝热过程系统经绝热过程由初态变到终态熵永不减少。等温等容过程系统经等温等容过程自由能永不增加。等温等压过程系统经等温等压过程吉布斯函数永不增加。§1.17熵增加原理的简单应用(阅读)将质量相同而温度分别为T1和T2的两杯水等压绝热地混合，求熵变[例2][例1]热量Q从高温热源T1传到低温热源T2，求熵变一、可逆过程熵的计算1.可逆绝热过程（等熵过程）2.可逆等温过程（相变过程）相变过程是等温等压过程3.可逆等容过程4.可逆等压过程二、不可逆过程熵的计算因为熵是态函数，与过程无关可找一个A→B态的可逆过程此可逆过程=不可逆过程熵变Homework作业1.14;1.21;1.22课程资料

1辅导

时间：周四16:00-18:00

地点:2号楼C411

Thermodynamics&StatisticalPhysics谢谢大家！

2011年9月14日§1.14熵和热力学基本方程可逆课程回顾←核心地位求得一个系统熵函数表达式后，只要将初终态的状态变量代入相减，便可求得过程前后熵变。（不论是否可逆）§1.15理想气体的熵课程回顾§1.16热力学第二定律的数学表述课程回顾绝热过程系统经绝热过程由初态变到终态，它的熵永不减少。绝热过程系统经绝热过程由初态变到终态熵永不减少。等温等容过程系统经等温等容过程自由能永不增加。等温等压过程系统经等温等压过程吉布斯函数永不增加。§1.18自由能和吉布斯函数课程回顾热零律温度热一律内能热二律熵三个基本热力学函数H=U+PV焓自由能吉布斯辅助热力学