热力学统计物理各章重点总结
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第一章
概念
1.系统:孤立系统、闭系、开系
与其他物体既没有物质交换也没有能量交换的系统称为孤立系;
与外界没有物质交换,但有能量交换的系统称为闭系;
与外界既有物质交换,又有能量交换的系统称为开系;
2.平衡态
平衡态的特点:1.系统的各种宏观性质都不随时间变化;2.热力学的平衡状态是一种动的平衡,常称为热动平衡;3.在平衡状态下,系统宏观物理量的数值仍会发生或大或小的涨落;4.对于非孤立系,可以把系统与外界合起来看做一个复合的孤立系统,根据孤立系统平衡状态的概念推断系统是否处在平衡状态。
3.准静态过程和非准静态过程
准静态过程:进行得非常缓慢的过程,系统在过程汇总经历的每一个状态都可以看做平衡态。
非准静态过程,系统的平衡态受到破坏
4.内能、焓和熵
内能是状态函数。当系统的初态A和终态B给定后,内能之差就有确定值,与系统由A到达B所经历的过程无关;
表示在等压过程中系统从外界吸收的热量等于态函数焓的增加值。这是态函数焓的重要特性
克劳修斯引进态函数熵。定义:
5.热容量:等容热容量和等压热容量及比值
定容热容量:
定压热容量:
6.循环过程和卡诺循环
循环过程(简称循环):如果一系统由某个状态出发,经过任意一系列过程,最后回到原来的状态,这样的过程称为循环过程。系统经历一个循环后,其内能不变。
理想气体卡诺循环是以理想气体为工作物质、由两个等温过程和两个绝热过程构成的可逆循环过程。
7.可逆过程和不可逆过程
不可逆过程:如果一个过程发生后,不论用任何曲折复杂的方法都不可能使它产
生的后果完全消除而使一切恢复原状。
可逆过程:如果一个过程发生后,它所产生的后果可以完全消除而令一切恢复原
状。
8.自由能:F和G
定义态函数:自由能F,F=U-TS
定义态函数:吉布斯函数G,G=U-TS+PV,可得GA-GB-W1
定律及推论
1.热力学第零定律-温标
如果物体A和物体B各自与外在同一状态的物体C达到热平衡,若令A与B进行热接触,它们也将处在热平衡。
三要素:
(1)选择测温质;
(2)选取固定点;
(3)测温质的性质与温度的关系。(如线性关系)
由此得的温标为经验温标。
2.热力学第一定律-第一类永动机、内能、焓热力学第一定律:系统在终态B和初态A的内能之差UB-UA等于在过程中外界对系统所做的功与系统从外界吸收的热量之和,热力学第一定律就是能量守恒定律. UB-UA=W+Q.能量守恒定律的表述:自然界一切物质都具有能量,能量有各种不同的形式,可以从一种形式转化为另一种形式,从一个物体传递到另一个物体,在传递与转化中能量的数量保持不变。
第一类永动机:不需要任何动力的,不断自动做功的机器。
3.焦耳定律-理想气体
气体的内能只是温度的函数,与体积无关。这个结果称为焦耳定律。
对理想气体,第二项为零,则有:
4.热力学第二定律-第二类永动机、熵
热力学第二定律:1、克氏表述-不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起
其他变化;2、开氏表述-不可能从单一热源吸热使之完全变成有用的功而不引起其它变化,第二类永动机不可能造成
第二类永动机:能够从单一热源吸热,使之完全变成有用的功而不产生其它影响的机器。
熵取微分形式
5.卡诺定理及推论
卡诺定理:所有工作于两个一定的温度之间的热机,以可逆机的效率为最大
推论:所有工作于两个一定的温度之间的可逆热机,其效率相等
6.熵增加原理
熵增加原理:系统经绝热过程由初态变到终态,它的熵永不减少,熵在可逆绝热过程中不变,在不可逆绝热过程后增加。
7.最大功原理
在等温过程中,系统对外界所作的功-W不大于其自由能的减少。或系统自由能的减少是在等温过程中从系统所能获得的最大功。
方程
第二章概念
1.麦氏关系
2.焦-汤效应和焦-汤系数
在节流过程前后,气体的温度发生了变化。该效应称为焦-汤效应
定义焦—汤系数:焓不变的条件下,气体温度随压强的变化关系。H=H(T, P) 3.特性函数
4.平衡辐射和辐射通量密度
平衡辐射:当物体对电磁波的吸收和辐射达到平衡时,电磁辐射的特性将只取决于物体的温度,与物体的其它特性无关。
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。
与辐射内能密度的关系:
5.磁介质的麦氏关系、热力学基本微分方程热力学的基本微分方程dU = TdS - PdV
定律
1.焦耳定律
2.斯特藩—玻耳兹曼定律
3.基尔霍夫定律
方程
第三章
概念
1.热动平衡判据:熵判据、内能、焓、自由能、吉布斯判据
熵判据
孤立系dS 0 U,V不变,平衡态S极大。
对系统的状态虚变动,熵的虚变动
2.均匀系统的热动平衡条件和稳定条件
3.化学势
名为化学势,它等于在温度和压力不变的条件下,增加1摩尔物质时吉布斯函数的改变。
4.巨热力学势
巨热力学势J是以T, V为独立变量的特性函数
5.单元复相系平衡条件
整个系统达到平衡时,两相的温度、压力和化学势必须相等。这就是复相系达到平衡所要满足的平衡条件。
6.相图、三相点、相平衡曲线
AC—汽化线,分开气相区和液相区;
AB—熔解线,分开液相区和固相区;
OA—升华线,分开气相区和固相区。
A点称为三相点,系统处于该点的状态时,
为气,液,固三相共存状态。
C点称为临界点,它是汽化线的终点。
在单元两相系中,由相平衡条件所得到的T-P 之间的关系P =P(T),在T-P 图上所描述的曲线称为相平衡曲线。AC, AB,OA线。
7.一级相变、二级相变、连续相变
一级相变:相变时两相的化学势连续,而化学势对温度和压强的一阶偏导数存在突变。
二级相变的特征是,在相变时两相的化学势和化学势的一级偏导数连续,但化学势的二级偏导数存在突变。