热力学与统计物理（殷景志）第一章 2012修改.pptVIP

第一部分 宏观热力学 Macroscopic thermodynamic 第一章 热力学的基本函数 本章是热力学与统计物理学的基础 利用在热学中接触过的内容——热力学第零定律、热力学第一定律和热力学第二定律导出热力学基本方程。 第一节 热与热量函数 热：不是一种物质而是一种能量的形式， 是一种传送中的能量。 热量：是获得热的多少的物理量。 当系统与外界无做功相互作用时，热量是系统内能变化的量度。 热量函数Q：在经典热力学中，热量Q的计算经常需借助热容量来完成。 因为热量与过程有关，故称之为过程函数。 热量的本质：受热或具有一定温度的物体会发出电磁波，我们称之为热辐射, 它就是传统上所说的热；而热辐射内能的变化就是传统上所说的热量。 热力学发展第一阶段:十七世纪末到十九世纪中叶  ----热量概念的演进 首先斯塔尔（Georg Ernst Stahl）教授提出热是一种燃素，后来荷兰波哈维（Hermann Boerhaave）教授甚至说热是一种物质。 虎克认为热是物质各部分激烈的运动，牛顿也认为热是粒子的运动。 英国化学教授布雷克（Joseph Black）成功地澄清了热量和温度这两个概念，同时提出相变时潜热的概念，并暗示出不同物质具有不同的“热容量”，而他的学生而弯（W. Irvine）更是正确的提出了热容量的概念。 1777年，化学家拉瓦希（Antoine Laurent Lavoisier）和拉普拉斯（Pierre Simon Marquisde Laplace）设计了一个所谓“拉普拉斯冰量热器”，可以正确测出热容量和潜热。 1784年麦哲伦（Ferdinand Magellan）引进潜热的术语，同一时期威尔克（Wilcke）提出若把水的比热定为1，则可以定出其他物质的比热，但是在这段期间人们依然认为热是一种物质是正确的。 1789年生于美国后到英国又到德国而受封的伦福伯爵（Count Rumford）（原名Benjamin Thompson）在慕尼黑监督大炮钻孔，发现热是因摩擦而产生，因而断言热不是物质而来自运动。 1799年英国化学家，即后来的首任皇家研究院院长戴维（Sir Humphry Davy）在维持冰点的真空容器中进行摩擦试验，发现即使是两块冰相互摩擦也有部分冰溶化为水，所以他认为摩擦引起物体微粒的震动，而这种振动就是热。 英国物理学家焦耳奠定了“能量守恒定律”，为热力学的发展奠定基础，同时，其理论亦造就了冷冻系统的发展，改善了普罗大众的生活素质。 对于热量： 从平衡宏观热力学角度：有温差才有能量的传递。因此宏观上以有无温差来帮助判断传输的能量是否是热量； 宏观热力学非平衡态理论（特殊情况下），即使宏观上无温差也可传输物质微粒不规则运动的能量； 统计物理中，可从微观角度分析微粒不规则运动所表现出的能量特征。 第二节 热力学温度函数 几个概念： 1.系统与外界： 热力学系统（或简称体系或系统）是指一个宏观的系统，它一般由大量的微观粒子组成。指明系统是宏观的（有大量的微观粒子），是有限的。 2. 平衡态： 一个系统不受外界影响的条件下（孤立系），体系的各部分宏观性质在长时间内不发生变化的状态。 平衡态时微观的分子、原子仍然处于运动中，是一种动态平衡 →热动平衡 存在微小偏差→涨落→很小→可忽略 两个系统的热平衡状态：两个与外界隔绝的系统，即使通过共同的固定边界接触，也不发生进一步的状态变化，那么就称这两个系统处于热平衡状态。 热力学第零定律： 两个物体同时与第三个物体达到热平衡，这两个物体也处于热平衡。是一个热力学公理。 定律中的第三系统就是温度计。它在测温计数和建立经验温标方面显然都是非常重要的。 温度T：是表征物体冷热程度的物理量，与物质的性质与状态有关。 温度计的发展 1714年：荷兰气象学家华伦海特（Gabriel Danniel Fahrenheit）制作出第一批刻度可靠的温度计（有水银的，也有酒精的）。 他选用三个温度固定点：（1）零度是冰水和氯化铵混合物的温度；（2）32度是冰水混合物的温度；（3）96度是人体的温度。 1724年他测量水的沸点为212度。 现代人把标准大气压下水的冰点和沸点之间标以180刻度，就是华氏温标℉ 。 1742年：瑞典天文学家聂耳休斯（Anders Celsius）引进百分刻度法，他把水的沸点定为零度，水的冰点定为100度，此即所谓摄氏温标。其同事斯特莫（Stromer）把这两个温度值倒过来即成为近代所用的摄氏温标。 3. 温度状态函数 处在平衡状态下的两个热力学系统分别存在一个状态函数，而且这