1、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理,主講： 王麗萍,Ch0 緒論,一、研究對(duì)象,大量微觀粒子組成的宏觀物體及物體系,熱力學(xué)極限下的系統(tǒng),熱運(yùn)動(dòng),二、研究任務(wù),1、研究熱運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。,2、研究與熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)的物性。,3、研究宏觀系統(tǒng)的演化,三、研究方法,熱力學(xué)方法,統(tǒng)計(jì)物理方法,熱力學(xué)方法 （宏觀、唯象）,大量 實(shí)驗(yàn),歸納,熱力學(xué)基本定律,宏觀的物性,演繹、推理,統(tǒng)計(jì)物理方法 （微觀、唯理）,宏觀量,等概率原理（孤立系統(tǒng)，平衡態(tài)）,從單個(gè)粒子遵從的力學(xué)規(guī)律出發(fā)，求系統(tǒng)平均,宏觀物性,宏觀的、普遍性、可靠性； 不能推導(dǎo)出具體物質(zhì)的特性； 不能解釋漲落現(xiàn)象。,微觀、唯理； 近似性。,四、發(fā)展歷史,1、 1700 猜測：

2、五行、四素 2、17011850 實(shí)驗(yàn)：測溫、熱機(jī)、熱功當(dāng)量 3、18511950 基本理論的建立（平衡理論的成熟） 熱力學(xué)定律、 平衡統(tǒng)計(jì)物理理論 4、1951 發(fā)展：非平衡理論與超常狀態(tài),五、教 材 分 析,Ch0熱現(xiàn)象,Ch1基本規(guī)律,Ch2 單元單相系,Ch5非平衡,Ch3 單元多相,Ch4 多元多相,Ch6統(tǒng)計(jì)物理基本概念,Ch11 非平衡,Ch7玻爾茲曼統(tǒng)計(jì),Ch8量子統(tǒng)計(jì),Ch9系綜統(tǒng)計(jì),Ch10 漲落理論,六、課 程 基 本 情 況,一、計(jì)劃課時(shí)：5154 二、基本教材 汪志誠，熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理，第四版 三、主要參考書 1.馬本坤等，熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué) 2.蘇汝鏗，統(tǒng)計(jì)物理學(xué) 3

3、.張啟人，統(tǒng)計(jì)力學(xué),熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理,第一章 熱力學(xué)的基本規(guī)律,第一章 熱力學(xué)的基本規(guī)律,Ch1.1熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡態(tài)及描述 Ch1.2熱力學(xué)第定律與溫度 Ch1.3熱力學(xué)第一定律與內(nèi)能 Ch1.4 熱力學(xué)第二定律與熵 Ch1.5重要的熱力學(xué)勢函數(shù) 本章小結(jié),Ch1.1熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡態(tài)及描述,一、熱力學(xué)系統(tǒng) 1、系統(tǒng)和外界 系統(tǒng)：熱力學(xué)的研究對(duì)象大量微觀粒子組成的宏觀系統(tǒng) (宏觀、有限) 外界：與系統(tǒng)相互作用的其它物體 2、分類 1）按與外界的關(guān)系 開放系統(tǒng)：與外界既有能量交換，又有物質(zhì)交換 封閉系統(tǒng)：與外界只有能量交換，沒有物質(zhì)交換 孤立系統(tǒng)：與外界既無能量交換，又無物質(zhì)交換 例：一瓶水,

4、2）按組成成分 單元系統(tǒng)和多元系統(tǒng),3）按物理化學(xué)性質(zhì) 單相系、多相系、非均勻系,外界和系統(tǒng)的劃分 具有相對(duì)性,系統(tǒng)+外界一定 是孤立系統(tǒng),如： 1、 水系統(tǒng) 外界：氣+容器+外部,2、水+氣系統(tǒng) 外界：？,. 熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡態(tài)及描述,二、熱力學(xué)平衡態(tài) 1、定義 不受外界影響下，系統(tǒng)宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)。 2、幾點(diǎn)說明 1）馳豫時(shí)間： 初態(tài)到平衡態(tài)所需要的時(shí)間 2）熱動(dòng)平衡 如：飽和 鹽水 溶液 3）存在漲落 4）平衡態(tài)的概念推廣到非孤立系統(tǒng),. 熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡態(tài)及描述,3、均勻系統(tǒng)平衡態(tài)的描述,1）狀態(tài)參數(shù)和狀態(tài)函數(shù),狀態(tài)參數(shù)： 確定平衡態(tài)的最少幾個(gè)可以獨(dú)立變化的物 理量。 狀態(tài)函

5、數(shù)： 可以表示成狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)形式的物理量。,A、狀態(tài)確定、參量確定（態(tài)函數(shù)確定）。反之亦然。 不考慮狀態(tài)與狀態(tài)前的歷史有關(guān)的系統(tǒng)。 B、積分特征 狀態(tài)參量的變化與路徑無關(guān)，由初、末態(tài)決定。 C、微分特征 ： 可全微分,如： 理氣：P、V、T,狀態(tài)參量的特點(diǎn)：,2）狀態(tài)參量的分類 、分類一： 幾何參量、力學(xué)參量、化學(xué)參量、電磁參量 簡單系統(tǒng)：由P、V便可確定的量。 2、分類二 ： 廣延量和強(qiáng)度量 廣延量：與系統(tǒng)的質(zhì)量成正比。 強(qiáng)度量：與系統(tǒng)的質(zhì)量無關(guān)。 例如：V、U、P、T,3）一般系統(tǒng)的描述 A、單相系（系統(tǒng)中物理、化學(xué)性質(zhì)均勻的部分） B、復(fù)相系的平衡態(tài) 的描述 a)各相用自己的狀態(tài)參量描

6、述 b)平衡時(shí)各相的參量不完全獨(dú)立 C 、非平衡態(tài)的描述 局域平衡假設(shè)（局域自體系宏觀大，微觀?。?.熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡態(tài)及描述,滿足： 熱平衡、力學(xué)平衡、相平衡、化學(xué)平衡,怎樣才能達(dá)到熱力學(xué)平衡態(tài)呢？條件？,Ch1.2 熱力學(xué)第零定律與溫度,一、熱平衡定律 、絕熱壁和透熱壁 絕熱壁：以固定的剛性器壁隔開兩個(gè)物體，如果兩系統(tǒng)的狀態(tài)可以獨(dú)立改變，互不影響，稱之。 、熱平衡 兩物體熱接觸后，各自的平衡會(huì)受到破壞，經(jīng)過足夠長的時(shí)間后，它們的狀態(tài)不再變化，達(dá)到一個(gè)共同的平衡態(tài)。 、熱平衡定律 ）定律內(nèi)容：， ）熱平衡具有傳遞性（互通性）。 ）意義：相互熱平衡的物體具有某種共同的宏觀性質(zhì)。,二、溫度 1、

7、定義：描述系統(tǒng)熱平衡性質(zhì)的物理量 2、性質(zhì) 態(tài)函數(shù)，強(qiáng)度量 3、意義 1）宏觀：物體的冷熱程度 2）微觀：分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度 4、測量 1）溫度計(jì)：作為測量標(biāo)準(zhǔn)的物體 2）溫 標(biāo)：冷熱程度的數(shù)值表示 經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)：以某種測溫物質(zhì)的某種測溫特性為依據(jù) 理想氣體溫標(biāo)：當(dāng)壓強(qiáng)趨于0時(shí)，各種氣體標(biāo)識(shí)的溫度趨于零。 熱力學(xué)溫標(biāo)：不依賴具體測溫物質(zhì)的特性,. 熱力學(xué)第零定律與溫度,.熱力學(xué)第零定律與溫度,三、物態(tài)方程 、概念 定義：描述系統(tǒng)溫度與狀態(tài)參量間函數(shù)關(guān)系的等式 舉例：簡單系統(tǒng)為 T=T(p,V) 或 f(p,V,T)=0 、幾個(gè)實(shí)驗(yàn)系數(shù) ）體脹系數(shù) ：壓強(qiáng)不變時(shí)，體積隨溫度的相對(duì)變化率 ）壓強(qiáng)系數(shù) ：體積不變時(shí)，壓強(qiáng)隨溫度的相對(duì)變化率 ）壓縮系數(shù) T：溫度不變時(shí)，體積隨壓強(qiáng)的相對(duì)變化率 ）說明 關(guān)系： = T p 已知實(shí)驗(yàn)