热力学与统计物理课件2.pptVIP

* 理解麦氏关系及其推导 意义：把一些不能直接从实验测量的物理量用物态方程（或α、κT）和热容量，表达出来。 * 3. 了解麦克斯韦关系的简单应用（物理意义） 能态方程 它给出了在温度保持不变时内能随体积的变化率与物态方程的关系。 * 焓态方程 它给出了在温度保持不变时焓随压强的变化率与物态方程的关系。 * 理解掌握特殊函数及 吉布斯-亥姆霍兹(Gibbs—Helmholtz 或G-H)方程-I： 吉布斯-亥姆霍兹方程-II： * 4. 了解辐射场热力学基本内容 辐射场热力学函数-内能： U(T,V) = u(T)V = aT 4V 熵： S=4/3 aT 3V 吉布斯函数： G = 0 斯特藩—玻耳兹曼定律 * 5. 掌握燃料电池的理论效率及应用 * 作业： 1、推导状态函数的全微分形式 及麦氏关系 2、55页2.2，2.6 * 自然界中没有真正的绝对黑体，但可以制造具有绝对黑体性质的装置。 * 例题2.1.3 以T、p为状态参量，求理想气体的 摩尔焓和摩尔熵 * 三、理想气体的摩尔吉布斯函数的积分表达式 摩尔吉布斯函数即化学势 当Cp,m等于常数，则有： * 利用分部积分公式，使其中 一般形式 当Cp,m为常数 其中 * 四、特性函数与吉布斯-亥姆霍兹方程 特性函数：如果适当选择独立变量（自然变量），只要知道一个热力学函数，就可以通过求偏导数而求得均匀系统的全部热力学函数，从而把均匀系统的平衡性质完全确定。这个热力学函数称为特性函数，它是表征均匀系统特性的。 * * 1、自由能函数的G-H方程 吉布斯-亥姆霍兹方程 * 2、吉布斯函数的G-H方程 也称为吉布斯-亥姆霍兹方程 * 第二节、辐射热力学理论 一、辐射场热力学函数 * 1.热辐射：具有一定温度的物体可以发射电磁波，我们称之为热辐射。 2.平衡辐射（或空腔辐射）：辐射体对电磁波的吸收和辐射达到平衡，热辐射的特性将只取决于温度，与辐射体的其它性质无关。 3.辐射压强P：当电磁波投射到物体上时，它对物体所施加的压强。可以证明辐射压强与能量密度有如下关系： 4.绝对黑体：一个物体在任何温度下都能够把投射到它上面的任何频率的电磁波全部吸收。 * 对于空窖（黑体）模型，辐射内能密度u（T）和内能的分布（按电磁波频率）只取决与温度，与其他性质无关。辐射场热力学函数为： G=0 * 结论：平衡辐射能量密度与绝对温度T四次方成正比 积分常数 黑体辐射内能： * 平衡辐射的熵 没有积分常数，V=0时不存在辐射场。 可逆绝热过程中辐射场的熵不变 * 平衡辐射时 G=0 统计物理学部分将看到，结果与光子数不守恒有关。 黑体辐射的吉布斯函数 * 二、斯特藩—玻耳兹曼定律 和基尔霍夫定律 1.斯特藩—玻耳兹曼定律 辐射通量密度（单位时间通过单位面积向一侧辐射的辐射能量） 与辐射能量密度之间存在关系： 其中 斯特藩—玻耳兹曼定律 * 推导： dA σ 称为斯特藩常量，5.669×10-8W·m-2·K-4 ? ? ? * 2. 基尔霍夫定律 吸收因子αω：单位时间单位面积上在ω附近被物体吸收的百分比。 面辐射强度eω：单位时间单位面积上在ω附近单位频率从物体表面辐射的能量。 * 当辐射和吸收达到平衡时，即： 称为基尔霍夫定律，它描述了物质对各种频率电磁波的发射和吸收频率之间的关系。（任何频率处的面辐射强度与吸收因数之比对所有物体都相等）。 吸收因数为1 的物体称为黑体,此时 * 第三节、燃料电池热力学 * 一、燃料电池的发展 1839年，英国人格鲁威，发明了燃料电池，并用这种以铂黑为电极催化剂的简单的氢氧燃料电池点亮了伦敦讲演厅的照明灯。电解水的逆反应。 1889年英国人蒙德，首先采用燃料电池这一名称，并获得0.2A·cm-2的电流密度。 最早实用功率水平的燃料电池：20世纪50年代，英国的剑桥的培根用高压氢气和氧气，5千瓦。60年代，这种电池成功地应用于阿波罗登月飞船。 从60年代开始，氢氧燃料电池广泛应用于宇航领域，同时，兆瓦级的磷酸燃料电池也研制成功。从80年代开始，各种小功率电池在宇航、军事、交通等各个领域中得到应用。 * 燃料电池分类 燃料电池按照电解质来划分，大致上可以分为五类 ： （1）碱性燃料电池（AFC）——采用氢氧化钾溶液作为电解液。碱性燃料电池是该技术发展最快的一种电池，主要为空间任