基本热力学函数的确定.ppt

§2.4 基本热力学函数的确定 基本的热力学函数: 物态方程,内能,熵,其他的热力 学函数均可由此导出. 内能U 焓H 自由F 吉布斯函数G 2. 基本热力学函数与状态参量的关系 物态方程由实验给出 能态关系 A. 内能 以T,V为状态参量 B. 熵 以T,p为状态参量 例1. 以T,p为状态参量,求理想气体的摩尔焓,熵,和吉布斯函数. 解: 假定为常数 摩尔吉布斯函数 例2. 求范氏气体的内能和熵 解：1mol范氏气体状态方程为 由 由 例3 简单固体的物态方程为 试求其内能和熵 解： 引进 物态方程改写为 再求熵 §2.5 特性函数 特性函数：选取适当独立变量，只要知道一个热力学函数， 通过对它求偏导数可求得均匀系统的全部热力学函数 都是特性函数 1.以F为特性函数 2.以G为特性函数 例 求表面系统的热力学函数. 实验指出,表面张力系数只是温度的函数,与表面积无关. 物态方程为 表面张力系数 表面积 积分常数为零 熵 内能 §2.6热辐射的热力学理论 一. 平衡辐射 热辐射:只要有温度的物体,都存在热辐射.一般而言,热辐射的强度按频率的分布与辐射体的温度和性质有关. 平衡辐射:当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与温度,与辐射体的其他特性无关. 黑体辐射:一个封闭的空腔中,腔壁向空腔发射同时吸收电磁波,在辐射平衡后,腔壁和空腔具有共同的温度. 1 2 二. 内能密度 空腔1,2达到平衡后,两者的温度相同.在两腔之间开一个小窗,置滤光片(只允许 的光通过 内能密度与空腔的具体性质有关吗? 若1,2腔内的内能密度不等,能量将从内能密度高的空腔辐射到内能密度低的空腔,使得两腔温度变得不等,可利用此温度差做功,从高位空腔吸热而向低温空腔放热，使其温度升高，内能密度升高，致使两空腔的内能密度不等，由此能量将又将从低温空腔向高温空腔流动，直到低温空腔温度回复到热机做功前状态。 总的过程将变成从单一热源吸收热量全部用来对外做功而不产生其他影响，违背热力学第二定律. 此一结果与频率无关. 结论:平衡辐射的内能密度只与温度有关,与空窖的具体特性无关! 辐射压强 辐射能量密度 三. 熵 可逆绝热过程 四.吉布斯函数 平衡辐射光子数不守恒:化学势为零 五.小孔辐射 辐射通量密度:单位时间内通过小孔的单位面积向一侧辐射的辐射能量 通量密度 辐射是各向同性的 斯特藩常量 证明: 单位时间内从物体的单位面积发射,频率在 范围的辐射能量 吸收因数 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律:物体在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同,是频率和温度的普适函数,吸收因数等于1的物体称为绝对黑体. 绝对黑体 黑体的面辐射强度与平衡辐射的辐射通量密度完全相同 开有小孔的空窖非常接近与绝对黑体. 面辐射强度 吸收的能量 §2.7磁介质的热力学 激发磁场所做的功 介质磁化所做的功 系统只包括介质而不包括磁场 总磁矩 一.绝热去磁 下面研究 如何变化? 居里定律 绝热去磁制冷 在绝热条件下减少磁场时,磁介质的温度将降低. 考虑体积变化 磁致伸缩效应 压磁效应 二.磁致伸缩效应与压磁效应 三.磁化功的另一种形式 磁介质在非均匀磁场中受到的力 外界所做的功 磁矩在磁场中的势能 介质磁化所做的功 这个功既包括样品磁矩发生改变所做的功,也包括样品在外磁场中势能的改变 包含样品在外磁场中的势能 小结 内能U 焓H 自由F 吉布斯函数G 作业： 2.12，2.15，2.18