1、 關(guān)于熱現(xiàn)象的理論,熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理,由于熱現(xiàn)象的普遍存在，所以熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)在許多領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用。熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理這門課是在普通熱學(xué)的基礎(chǔ)上，分別從宏觀和微觀兩方面進(jìn)一步深入熱運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及其應(yīng)用，為相關(guān)課程(如固體物理)提供必要的知識準(zhǔn)備。 通過本課程的學(xué)習(xí)，希望達(dá)到以下目標(biāo)：(1) 對熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理的基本概念、基礎(chǔ)理論和基本方法有較深刻、系統(tǒng)地了解；(2) 為相關(guān)課程的學(xué)習(xí)奠定良好地基礎(chǔ)；(3) 基本掌握用統(tǒng)計(jì)概率方式描述熱力學(xué)系統(tǒng)的思想和方法。,本課程的目的,1汪志誠，熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理，高等教育出版社(2008) 2王竹溪，熱力學(xué)，北京大學(xué)出版社（2006） 3. 王竹溪，統(tǒng)計(jì)

2、物理學(xué)導(dǎo)論，人民教育出版社（1956） 4F. 瑞夫，統(tǒng)計(jì)物理學(xué)，科學(xué)出版社（1979）。 5. W.顧萊納， L.奈斯等 熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理，北京大學(xué)出版社（2001） 6馬本坤，高尚惠，孫煜熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)，人民教育出版社(1982) 7. L.E.雷克, 統(tǒng)計(jì)物理現(xiàn)代教程（上冊）, 北京大學(xué)出版社（1985）,主要參考書目,熱力學(xué),統(tǒng)計(jì)物理,熱現(xiàn)象的宏觀理論。,結(jié)論具有高度的可靠性和普遍性。,不能導(dǎo)出具體物質(zhì)的具體特性；也不能解釋物質(zhì)宏觀性質(zhì)的漲落現(xiàn)象等。,熱現(xiàn)象的微觀理論。,基礎(chǔ)是熱力學(xué)三個(gè)定律。,認(rèn)為宏觀系統(tǒng)由大量的微觀粒子所組成，宏觀物理量就是相應(yīng)微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值。,能把熱力學(xué)的

3、基本規(guī)律歸結(jié)于一個(gè)基本的統(tǒng)計(jì)原理；可以解釋漲落現(xiàn)象；可以求得物質(zhì)的具體特性。,統(tǒng)計(jì)物理學(xué)所得到的理論結(jié)論往往只是近似的結(jié)果。,研究的對象與任務(wù)相同,熱統(tǒng),第一章 熱力學(xué)的基本規(guī)律,主要介紹熱力學(xué)基本規(guī)律以及常見的基本熱力學(xué)函數(shù)。,1.0 熱力學(xué)史的簡要回顧,熱學(xué)這一門科學(xué)建立在人類利用熱現(xiàn)象的基礎(chǔ)上。人們?yōu)榱擞行У乩脽岈F(xiàn)象就要求掌握熱現(xiàn)象的規(guī)律，并追求熱現(xiàn)象的本質(zhì)。由于在有史以前人類巳經(jīng)發(fā)明了火，我們可以想象到，追求熱與冷現(xiàn)象的本質(zhì)的 企圖可能是人類最初對自然界法則的追求之一。 大的在公元前300年間，當(dāng)戰(zhàn)國時(shí)，騶衍創(chuàng)為五行學(xué)說，可惜他的 書現(xiàn)在已經(jīng)見不到了。五行學(xué)說大致是：天地之間有五種氣

4、，水、火、木、金、土，名為五行，是萬事萬物的根本。這個(gè)學(xué)說的一部分內(nèi)容是把五行配到一年的春夏秋冬四時(shí)，由五行的五種不同的性質(zhì)引出四時(shí)不同的事物。這一部分內(nèi)容在呂氏春秋(公元前930年)上記載下來了?！拔逍小边@一名同首先見于尚書洪范篇。 中國古時(shí)候又有一種學(xué)說，認(rèn)為天地萬物是陰陽二氣化成的，而火 是陽氣的一種表現(xiàn)。淮南子（公元前166年)天文訓(xùn)有下面一段話，可以以說明：“天地之襲精為陰陽，陰陽之專精為四時(shí)，四時(shí)之精散為萬物。 積陽之熱氣久者生火，火氣之精者為日；積陰之寒氣久者為水，水氣之 精者為月?！?這段話里的“襲”字是合的意義。,1.0 熱力學(xué)史的簡要回顧,在西方希臘，古時(shí)候關(guān)于熱的本質(zhì)有兩

5、個(gè)互相對立的學(xué)就。一個(gè)說火是一種元素，與土、水、氣共是自然界的四種獨(dú)立的元素，自然界一切物質(zhì)都是這四種所組成的。這個(gè)學(xué)說是由赫喇利突(Heraolitus)在大約公元前500年提出的。另一個(gè)學(xué)說認(rèn)為熱是物質(zhì)的一種運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形態(tài)，這是根據(jù)摩擦生熱的現(xiàn)象而提出的。這兩種對立的學(xué)說長期停在空論階段，一直到十九世紀(jì)的中葉，科學(xué)的理論才最后建立起來。 在十八世記以前，人們對于熱只有一些大致的粗略的概念，自然不 可能建立正確的科學(xué)理論。自從1714年法倫海特(Daniel Fahrenheit, 16861736)改良了水銀溫度計(jì)并定了華氏溫標(biāo)以后，熱學(xué)才走 上實(shí)驗(yàn)科學(xué)的道路。隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展，一種簡單的可

6、以解擇實(shí)驗(yàn)結(jié)果 的熱的學(xué)說就應(yīng)運(yùn)而生了。這個(gè)學(xué)說叫做熱質(zhì)說，它的主要內(nèi)容是：熱 是一種流質(zhì)，名叫熱質(zhì)，可透入一切物體之中，不生不滅；一個(gè)物體是熱還是冷，就看它所含熱質(zhì)是多還是少。這個(gè)學(xué)說在實(shí)質(zhì)上就是希脂火 元素學(xué)說的進(jìn)一步的發(fā)展。這個(gè)學(xué)說的最大缺點(diǎn)是不能解釋磨擦生熱現(xiàn) 象，因而終于被科學(xué)界所拋棄。,1.0 熱力學(xué)史的簡要回顧,與熱質(zhì)說相對立的學(xué)說是，熱是一種運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式。培根(Fran- cis Bacon，1501-1626)強(qiáng)調(diào)理論必須根據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)，他根據(jù)摩擦生 熱現(xiàn)象而相信熱是一種運(yùn)動(dòng)。羅蒙諾索夫（l711-1765)在論熱與冷的原因”(1744-1747)這篇論文里斷言熱是分子運(yùn)動(dòng)的

7、表現(xiàn)，以后他又提出了 運(yùn)動(dòng)守恒的概念。 最初用直接實(shí)驗(yàn)結(jié)果來駁斥熱質(zhì)說的是倫福德(Count Runford，原名Benjamin Thompson, 1753-1814)，他在1798年發(fā)表了一篇論文，說明制造槍炮所切下的碎屑溫度很高，而且在繼續(xù)不斷的工作之下這些高溫的碎屑繼續(xù)不斷地產(chǎn)生。因此他得到結(jié)論，熱既然能繼續(xù)不斷地產(chǎn)生，就非是一種運(yùn)動(dòng)不可。再過一年(1799)戴維(Humphry Davy, 1770-1820)做了另外一個(gè)實(shí)驗(yàn)來支持熱是運(yùn)動(dòng)的學(xué)說。他把兩塊冰互相摩擦，使完全熔化。這個(gè)實(shí)驗(yàn)無法用熱質(zhì)說解釋，因?yàn)楸娜劢鉄犸@然是摩擦所供給的，而不是什么熱質(zhì)。他們兩人的工作在當(dāng)時(shí)并未在物

8、理學(xué)界引起很大的影響，主要的原因是他倆沒有找到熱量與功之間的數(shù)量關(guān)系。,1.0 熱力學(xué)史的簡要回顧,最初提出數(shù)量與功相當(dāng)?shù)恼f法，并且定出熱的功當(dāng)量的是個(gè)德國醫(yī)生買厄（Julius Robert Mayer,1814-1878）,他在1842年發(fā)表了一篇論文，提出能量守恒的理論，認(rèn)為熱是能量的一種形式，可以與機(jī)械能互相轉(zhuǎn)化。他從空氣的定壓比熱與定容比熱之差，算出熱了功當(dāng)量。但當(dāng)時(shí)熱功當(dāng)量還缺乏直接的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此買厄的理論還沒有被物理學(xué)界所普遍接受。至于用實(shí)驗(yàn)的方法求熱功當(dāng)量，同時(shí)也就是用實(shí)驗(yàn)來證明熱是一種能量，可與與機(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)化，換句話說，就是用實(shí)驗(yàn)來證明能量守恒定律，主要是焦耳(Ja

9、mes Prescott Joule,1818一1889)的功績。從1840年起他用電的熱效應(yīng)，1842年以后用各種不同的機(jī)械生熱法，來求熱功當(dāng)量。他做這一類的實(shí)驗(yàn)，前后有二十多年，用的方法是多種多樣的，所得的結(jié)果都是一致的。到1850年，他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果己經(jīng)使科學(xué)界公認(rèn)能量守恒為自然界的規(guī)律，從此以后，熱質(zhì)說在物理學(xué)中就沒有任何地位了。 能量守恒定律就是熱力學(xué)第一定律。這個(gè)定律的建立，對于永動(dòng)機(jī)的造不成作了一個(gè)科學(xué)的最后判決。同時(shí)，這個(gè)定律在物理學(xué)各部門中廣泛的應(yīng)用，推進(jìn)了整個(gè)物理科學(xué)的發(fā)展。,1.0 熱力學(xué)史的簡要回顧,緊接著熱力學(xué)第一定律的建立，開耳文(Lord Kelvin，原名Wil-

10、liam Thomson, 1824-1907)在1848年根據(jù)卡諾(Sadi Carnot，1796- 1832)在1824年所發(fā)表的著名定理，制定絕對溫標(biāo)，克勞修斯(Rudo1f Clausius,1822-1888)在1860年根據(jù)同一定理，建立熱力學(xué)第二定律。 依照第二定律，從一個(gè)熱源取出熱來完全變?yōu)橛杏玫墓Χ划a(chǎn)生其他 效果，是不可能的。 以上所說的兩個(gè)定律組成一個(gè)系統(tǒng)完整的熱力學(xué)。到1912年能斯 脫(Walther Nernst，1864-1941)又補(bǔ)充了一個(gè)關(guān)于低溫現(xiàn)象的定律， 可以叫做熱力學(xué)第三定律。這個(gè)定律說：絕對溫度的零點(diǎn)是不可能達(dá) 到的。 熱力學(xué)是熱學(xué)理論的一方面，它

11、是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合整理而成的有系統(tǒng)的理論。這種理論叫做宏觀理論，它所根據(jù)的是我們所能直接觀察的宏觀現(xiàn)象。在這種理論中只承認(rèn)熱是一種能量，而不追問熱到底是一種什么樣的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。因此，這種理論是不夠深刻的。,1.0 熱力學(xué)史的簡要回顧,熱學(xué)理論的另一方面是熱的分子學(xué)說。這種理論叫做微觀理論，因 為它是根據(jù)于我們不能直接觀察到的分子運(yùn)動(dòng)的假設(shè)，而分子的世界 是所謂的微觀世界。微觀世界中分子運(yùn)動(dòng)所表現(xiàn)出來的宏觀現(xiàn)象是一種 統(tǒng)計(jì)平均的結(jié)果，因此，在熱的分子學(xué)說中我們必須用統(tǒng)計(jì)方法，所以 就把熱的分子學(xué)說叫做統(tǒng)計(jì)物理學(xué)。統(tǒng)計(jì)物理學(xué)是在1867以后年發(fā) 展起來的。 十九世紀(jì)末年，唯心的唯能論者反對熱的分子學(xué)

12、說，他們滿足于熱 力學(xué)的宏觀理論，認(rèn)為分子學(xué)說不是根據(jù)直接觀察到的事實(shí)因而是靠不住的。實(shí)際上，有許多現(xiàn)象揭示出分子學(xué)說的正確性，而到1908年皮蘭關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)給熱的分子學(xué)說供給了無可辯駁的事實(shí)，終于把唯能論者徹底打敗。由于分子學(xué)說的發(fā)展，使人們對于物質(zhì)的性質(zhì)有了進(jìn)一步的更深刻的認(rèn)識，建立了一個(gè)豐富的原子物理學(xué)領(lǐng)域，因而使整個(gè)物理學(xué)在二十世紀(jì)得到高度的發(fā)展。,1.0 熱力學(xué)史的簡要回顧,熱的實(shí)驗(yàn)技術(shù)分為兩大類，一是計(jì)溫術(shù)，一是量熱術(shù)。計(jì)溫術(shù)是熱學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的基本，一切熱學(xué)實(shí)驗(yàn)都離不開溫度的測量。膨脹系數(shù)和壓縮系數(shù)等類的性質(zhì)由計(jì)溫術(shù)即可測定。量熱術(shù)在初期只有混合法一種，熱量是根據(jù)水的溫度改變而

13、定的。從十九世紀(jì)末葉起，在電量熱法大量應(yīng)用之后，量熱術(shù)的精確度大大提高了。過去用為熱量的單位卡現(xiàn)在已經(jīng)不需要了，現(xiàn)在可 以直接用電能的單位焦耳來測定熱量。 在十六世起和十七世紀(jì)之交，伽利略根據(jù)空氣受熱而膨脹的道理，制造了第一個(gè)驗(yàn)溫器，給溫度以定性的指示。最早的溫度針是費(fèi)第南第二(Grossherzog Ferdinand II)在1660年所制造的，所用材料是酒精裝在玻璃管內(nèi)。但是直到17l4年法倫海脫選定了華氏溫標(biāo)以后，溫度的測量才有一個(gè)共同的標(biāo)準(zhǔn)，不同地點(diǎn)所量的溫度才能有方便的比較方法。華氏溫標(biāo)最初以水、氯化銨與冰混合物的溫度為0，而以人的體溫為100，以后改為以冰水混合的溫度(冰點(diǎn))為3

14、2，而以水沸騰的溫度（汽點(diǎn)）為212，為了一方面使標(biāo)準(zhǔn)定得更準(zhǔn)確，另方面求其與最初所定的標(biāo)準(zhǔn)盡可能符合。在1742年攝氏(Anders Celsius，1701一1744)選擇另一標(biāo)準(zhǔn)，以冰點(diǎn)為100，而以汽點(diǎn)為0，這不幸與以較熱的程度為較高溫度的習(xí)慣不合。攝氏的助手斯托墨(Stromer)把溫標(biāo)反過來，以0為冰點(diǎn)而以100為汽點(diǎn)。這就是現(xiàn)在所通 用的攝氏溫標(biāo)，是現(xiàn)在物理測量的標(biāo)準(zhǔn)溫標(biāo)。,1.1 熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)及其描述,一. 系統(tǒng)與外界, 孤立系統(tǒng)：與外界沒有任何相互作用的系統(tǒng)。 封閉系統(tǒng)：與外界有能量交換，但無物質(zhì)交換的系統(tǒng)。 開放系統(tǒng)：與外界既有能量交換，又有物質(zhì)交換的系統(tǒng)。,熱力學(xué)

15、所研究的對象是由大量微觀粒子所組成的宏觀物質(zhì)系統(tǒng)，稱為熱力學(xué)系統(tǒng)，簡稱系統(tǒng)。與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其它物體稱為外界。,熱力學(xué)系統(tǒng)一般分成如下3類：,1.1 熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)及其描述,二. 平衡狀態(tài)及其狀態(tài)參量,孤立系統(tǒng)經(jīng)過足夠長的時(shí)間，將會自動(dòng)趨于一個(gè)各種宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)，這種狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)，簡稱為平衡態(tài)。,描述平衡狀態(tài)的狀態(tài)參量：,狀態(tài)參量：幾何參量、力學(xué)參量、電磁參量、化學(xué)參量。,*平衡狀態(tài)與穩(wěn)恒狀態(tài)是不同的。,*這四類變數(shù)并不是熱力學(xué)所特有的，但是利用這四類變數(shù)描寫一個(gè)物體的平衡狀態(tài)的方法則是熱力學(xué)所特有的方法。,1.2 熱平衡定律和溫度,一. 熱平衡與熱平衡定律,兩個(gè)物體

16、通過透熱壁相互接觸稱為熱接觸。,各自與第三個(gè)物體達(dá)到熱平衡的兩個(gè)物體，彼此也處于熱平衡。這個(gè)經(jīng)驗(yàn)事實(shí)稱為熱平衡定律，也稱熱力學(xué)第零定律。,熱平衡,熱接觸,令兩個(gè)各自處于平衡狀態(tài)的物體進(jìn)行熱接觸，一般而言，它們的 狀態(tài)都將發(fā)生變化。但是經(jīng)過足夠長的時(shí)間后，它們的狀態(tài)便不 再發(fā)生變化，而達(dá)到一個(gè)共同的平衡態(tài)。我們稱這兩個(gè)物體達(dá)到 了熱平衡。,熱平衡定律,絕熱壁與透熱壁,當(dāng)兩個(gè)物體通過器壁相互接觸時(shí)，如果兩物體的狀態(tài)可以完全獨(dú)立地改變，彼此互不影響，則這時(shí)的器壁就稱為絕熱的。非絕熱器壁就稱為透熱的。,二. 溫度,1.2 熱平衡定律和溫度,根據(jù)熱力學(xué)第零定律可以證明，處在平衡狀態(tài)下的熱力學(xué)系統(tǒng)，存在一

17、個(gè)狀態(tài)函數(shù)，對于互為熱平衡的系統(tǒng)，該函數(shù)的數(shù)值相等。這一函數(shù)稱為系統(tǒng)的溫度。,二. 溫度（續(xù)）,1.2 熱平衡定律和溫度,假定A、B、C均為簡單系統(tǒng)，設(shè)系統(tǒng)C處在熱平衡狀態(tài)，體積為Vc，壓強(qiáng)為Pc。如果A與C達(dá)到熱平衡，在VA， PA； Vc，Pc之間必然存在一個(gè)函數(shù)關(guān)系：,則PC可解出為：,二. 溫度（續(xù)）,1.2 熱平衡定律和溫度,C,A,B,同理如果B與C達(dá)到熱平衡，在VB， PB； Vc，Pc之間必然 存在一個(gè)函數(shù)關(guān)系：,PC亦可解出為：,二. 溫度（續(xù)）,1.2 熱平衡定律和溫度,C,A,B,如果A和B都與C達(dá)到熱平衡，則應(yīng)有,即,二. 溫度（續(xù)）,1.2 熱平衡定律和溫度,如果A和

18、B都與C達(dá)到熱平衡，則根據(jù)熱平衡定律，A與B之間也應(yīng)處于熱平衡，A，B的狀態(tài)參量間應(yīng)存在下述關(guān)系：,由于A與B均與C處于熱平衡的直接結(jié)果便是A與B處于熱平衡，因此,應(yīng)是,的直接,結(jié)果。由于前者不包含VC，所以后者亦應(yīng)與VC無關(guān)，因此應(yīng)可簡化為：,這說明互為熱平衡的系統(tǒng)A和B分別存在一個(gè)狀態(tài)函數(shù),，且兩,個(gè)函數(shù)的數(shù)值相等。經(jīng)驗(yàn)表明，兩個(gè)物體達(dá)到熱平衡時(shí)具有相同的冷熱程度，所以函數(shù) 就是系統(tǒng)的溫度。,和,三. 溫標(biāo),1.2 熱平衡定律和溫度,溫度的數(shù)值表示稱為溫標(biāo)。,溫度計(jì),從熱平衡定律可以知道無論多少個(gè)物體互相接觸都能達(dá)到平衡，而且假定某甲物體分別與某乙和某丙達(dá)到平衡，那末如果讓乙與丙接觸，他們

19、一定是互為平衡而不發(fā)生新的變化這樣一個(gè)事實(shí)，使我們能夠比較兩個(gè)物體的溫度而無需讓他們接觸，只要我們用另外一個(gè)物體分別與他們接觸就行了。這個(gè)另外的物體可以當(dāng)作是溫度計(jì)。這就是使用溫度計(jì)來測量溫度的原理。,三. 溫標(biāo)（續(xù)）,1.2 熱平衡定律和溫度,常用的溫標(biāo),經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)：以測溫物質(zhì)的測溫特性隨溫度的變化為依據(jù)而確定的溫標(biāo)。,三. 溫標(biāo)（續(xù)）,1.2 熱平衡定律和溫度,常用的溫標(biāo),理想氣體溫標(biāo)：用理想氣體作測溫物質(zhì)所確定的溫標(biāo)。,三. 溫標(biāo)（續(xù)）,1.2 熱平衡定律和溫度,常用的溫標(biāo),不依賴于具體的測溫物質(zhì),純水三相點(diǎn)的溫度=273.16 K,熱力學(xué)溫標(biāo)：不依賴任何具體物質(zhì)特性的溫標(biāo)?？捎煽ㄖZ定理導(dǎo)

20、出。,一. 物態(tài)方程及其重要性,1.3 物態(tài)方程,物態(tài)方程,給出溫度與狀態(tài)參量之間關(guān)系的方程，稱為物態(tài)方程。對于簡單系統(tǒng)，其一般形式為：,物態(tài)方程的重要性,在應(yīng)用熱力學(xué)理論研究實(shí)際問題時(shí)，經(jīng)常要用到物態(tài)方程的知識。因此物態(tài)方程在熱力學(xué)中是一個(gè)非常重要的方程。各種物質(zhì)的物態(tài)方程的具體函數(shù)關(guān)系不可能由熱力學(xué)理論導(dǎo)出，而要由實(shí)驗(yàn)測定。（根據(jù)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)物理學(xué)理論，原則上可以導(dǎo)出物態(tài)方程。）,二. 與物態(tài)方程有關(guān)的幾個(gè)物理量,1.3 物態(tài)方程,體脹系數(shù),壓強(qiáng)系數(shù),等溫壓縮系數(shù),二. 幾種常用的物態(tài)方程,1.3 物態(tài)方程,（1）理想氣體的物態(tài)方程,（一）氣體的物態(tài)方程,二. 幾種常用的物態(tài)方

21、程（續(xù)）,1.3 物態(tài)方程,理想氣體的物態(tài)方程,（阿氏定律）,V,T,二. 幾種常用的物態(tài)方程（續(xù)）,1.3 物態(tài)方程,（2）實(shí)際氣體的物態(tài)方程,理想氣體的物態(tài)方程描述的是各種氣體在壓強(qiáng)趨于零時(shí)的極限行為，用它來描述實(shí)際氣體會有一定的偏差。為了更精確地描述實(shí)際氣體，人們提出了許多實(shí)際氣體的物態(tài)方程。范德瓦爾斯方程是最常見的方程之一。,范氏方程,年范德瓦爾斯以論氣態(tài)和液態(tài)的連續(xù)性這篇論文取得了博士學(xué)位，使他立刻進(jìn)人了第一流物理學(xué)家的行列。在這篇論文中，他提出了包括氣態(tài)和液態(tài)的“物態(tài)方程”，論證了氣液態(tài)混合物不僅以連續(xù)的方式互相轉(zhuǎn)化，而且事實(shí)上它們具有相同的本質(zhì)。關(guān)于范德瓦爾斯第一篇論文中提出的這

22、個(gè)結(jié)論的重要性，在麥克斯韋的自然一書中有這樣的評價(jià)：“毫無疑問，范德瓦爾斯的名字將很快出現(xiàn)在第一流的分子科學(xué)家的名單中”，“可以肯定，不止一個(gè)科學(xué)家正在注意學(xué)習(xí) 他的論文所用的低地荷蘭語”,Van der Waals (right) and Heike Kamerlingh Onnes in Leiden with the helium liquefactor (1908,在臨界點(diǎn)以上，范氏方程與實(shí)際氣體符合較好。,在諾貝爾物理和化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C布的頭15年中，有5位荷蘭科學(xué)家獲得該，獎(jiǎng)這和以范德瓦爾斯為首的熱力學(xué)的荷蘭 學(xué)派有很大關(guān)系.,二. 幾種常用的物態(tài)方程（續(xù)）,1.3 物態(tài)方程,（2）實(shí)際氣

23、體的物態(tài)方程,理想氣體的物態(tài)方程描述的是各種氣體在壓強(qiáng)趨于零時(shí)的極限行為，用它來描述實(shí)際氣體會有一定的偏差。為了更精確地 描述實(shí)際氣體，人們提出了許多實(shí)際氣體的物態(tài)方程。,昂尼斯方程,二. 幾種常用的物態(tài)方程（續(xù)）,1.3 物態(tài)方程,（二）簡單固體和液體的物態(tài)方程,對于簡單固體和液體，可以通過實(shí)驗(yàn)測得的體脹系數(shù)和等溫壓縮系數(shù)獲得有關(guān)物態(tài)方程的信息。通常這兩個(gè)系數(shù)的數(shù)值都很小，并且在一定的溫度范圍內(nèi)可近似看作與溫度無關(guān)。因此 物態(tài)方程一般可寫為,（三）順磁性固體的物態(tài)方程,三. 廣延量與強(qiáng)度量,廣延量（Extensive Quantity）,強(qiáng)度量（Intensive Quantity）,與系統(tǒng)

24、的大?。臻g的范圍或自由度的數(shù)目）成正比的熱力學(xué)量。如：系統(tǒng)的質(zhì)量M，摩爾數(shù)n，體積V，內(nèi)能U, 等等。,不隨系統(tǒng)大小改變的熱力學(xué)量。例如：系統(tǒng)的壓強(qiáng)p，溫度T，密度，磁化強(qiáng)度m，摩爾體積v，等等。,一. 準(zhǔn)靜態(tài)過程,準(zhǔn)靜態(tài)過程,1.4 功,如果過程進(jìn)行的足夠緩慢，使得系統(tǒng)在過程中經(jīng)歷的每一個(gè)狀態(tài)都可以看作平衡態(tài)，則這種過程稱為準(zhǔn)靜態(tài)過程。,*準(zhǔn)靜態(tài)過程是一個(gè)理想的極限過程。,*如果沒有摩擦阻力，外界在準(zhǔn)靜態(tài)過程中對系統(tǒng)的作 用力，可以用描寫系統(tǒng)平衡狀態(tài)的參量表達(dá)出來。,二. 功的計(jì)算,1.簡單系統(tǒng),2.液體表面,激發(fā)電場的功,使電介質(zhì)極化的功,真空介電常數(shù),P 電極化強(qiáng)度,e 電場強(qiáng)度,3.電介質(zhì),1.4 功,4.磁介質(zhì),激發(fā)磁場的功,使磁介質(zhì)磁化的功, 真空磁導(dǎo)率,m 磁化強(qiáng)度,H 磁場強(qiáng)度,1.5 熱力學(xué)第一定律,一.內(nèi)能,過程量與態(tài)函數(shù),態(tài)函數(shù)：,過程量：,與系統(tǒng)變化過程有關(guān)的物理量。例如：系統(tǒng)對外界所做的功、系統(tǒng)傳給外界的熱量,與系統(tǒng)所經(jīng)歷的過程無關(guān)，僅由系統(tǒng)的平衡態(tài)狀態(tài)參量單值地確定的物理量。例如：系統(tǒng)的內(nèi)能、熵等。,內(nèi)能,物質(zhì)內(nèi)部熱運(yùn)動(dòng)總能量，包括分子無規(guī)運(yùn)動(dòng)動(dòng)能，分子間相互作用勢能和分子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)能量。也可包括