§1.2.1 热力学系统

p p1
p1
p2
§1.5 热力学第一定律
能量守恒定律：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不变。
另一种表述：第一类永动机是不可能造成的。
热力学U系 BUA 统 W： Q W：以外界对系统所功作为的正 Q：以吸热为正
WW 'QRln V V 1 2(T1T2)
热机效率定义： W Q1
卡 诺 热 W T 1 机 T 21 ： T 21
Q 1 T 1
T 1
§1.10 热力学第二定律 克劳修斯（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 卡尔文（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 其他变化
AT B T
A BdTQ A BdTQ r SBSA
SB SA
BdQ AT
dS dQ T
第二定律的数学表述
绝热过 :d程 Q0
SBSA0 ——熵增加原理的数学表述
熵增加原理：经绝热过程后，系统的熵永不减少，经可逆 绝热过程后熵不变，经不可逆绝热过程后熵增加，在绝热 条件下熵减少的过程是不可能实现的。
第一章 热力学的基本规律 §1.1 热力学系统的平衡状态及其描述
1.系统
孤立系 （极限概念） 闭系 开系
热力学系统的状态
平衡态 非平衡态
热力学平衡态：
（1）定义： 一个孤立系统，不论其初态如何复杂，经过 足够长的时间后，将会到达这样的状态，系 统的各种宏观性质在长时间内不发生任何变 化，这样的状态称为热力学平衡态。
n称 为 多 方 指 数： 。理 试想 证气 明体 多的 方热 过容 程

例如：粒子数
箱子假想分成两相同体积 的部分，达到平衡时，两侧粒 子有的穿越界线，但两侧粒子 数相同。
三、状态参量
状态参量：描述系统平衡态宏观性质的物理量。 常用的状态参量包括以下四类:
几何参量，如体积和应变等； 力学参量，如压强和应力等； 电磁参量，如电场和磁场强度、电极化与磁化等； 化学参量，如组成系统各化学组份的质量、物质的量。 只需要体积和压强两个状态参量就能够确定热力学 系统的平衡态，这样的系统称之为简单系统。
不管是哪种气体，当
压强趋于零时，所建立的 温标都趋于相同的极限值
p
V
T lim 273.16 lim 273.16
ptr 0
ptr
ptr 0
Vtr
——理想气体温标
3、热力学温标 （不依赖于任何测温物质及其物理属性）
开尔文根据热力学第二定律建立了热力学温标。
在理想气体温标所能确定的温度范围内，理想气体
线度约为10-4---10-5 ， 1cm3气体中包含1011个微粒；
二、宏观物体内的分子在不停地运动并与温度有关
1827年，布朗（英 国植物学家）
在显微镜下观察悬
浮在液体中的小颗粒
永不停息地运动着，
其中任何一个运动都 是 无 规 则 的 或 无 序 的 。 布朗粒子
--------布朗运动
布朗运动
由观察和实验总结出来的热力学规
宏观描述 律，不考虑宏观物体内大量微观粒
研
子的微观结构，从能量观点直接研
究
究宏观物体的性质与规律。——热
方
力学方法
法
从物质的微观结构出发，依据每个
微观描述 分子所遵循的力学规律，用统计的
方法研究宏观物体的性质。——统

三.功的计算 1.简单系统（PVT系统）无摩擦准静态过程体积功 当系统的体积由VA变到VB时，外界对系统所做的功为：
W pdV
VA
VB
式中P，V均为系统平衡态时的状态参量。系统膨胀， 外界对系统做负功，反之外界对系统做正功。 元功记做： dW pdV 2.液体表面膜面积变化功 3.电介质的极化功
温度计与温标: 1）经验温标：以某物质的某一属性随冷热程度 的变化为依据而确定的温标称为经验温标。 经验温标除标准点外，其他温度并不完全一致。 如：水 冰点 沸点
摄氏温标： 0 0C 1000C
华氏温标：
32F
212F
2）理想气体温标：以理想气体作测温物质 3）热力学温标：不依赖任何具体物质特性的温标 在理想气体可以使用的范围内，理想气体温 标与热力学温标是一致的。
是状态量.
热力学第一定律指出：热力学过程中，如果外界 与系统之间不仅作功，而且传递热量，则有
U B U A W Q
即：系统内能的变化等于外界对系统所做的功和 系统从外界吸收的热量之和。
对无限小的状态变化过程：
dU dQ dW
另一表述：第一类永动机不可能造成。 说明： 适用于任何系统的任何过程。
热力学·统计物理
(Thermodynamics and statistical Physics)
导言
一.热力学与统计物理学的研究对象与任务 对象:由大量微观粒子组成的宏观物质系统 任务:研究热运动的规律、与热运动有关的物性 及宏观物质系统的演化。。 二.热力学与统计物理学的研究方法 热力学是讨论热运动的宏观理论.其研究特点是: 不考虑物质的微观结构，从实验和实践总结出的基 本定律出发,经严密的逻辑推理得到物体宏观热性质 间的联系，从而揭示热现象的有关规律。 热力学的基本经验定律有:

热力学相关的能量的总和. 热力学相关的能量的总和.
真空
真空
p1 V1
p2 V2
绝热系A
绝热系A
上面图示中的闭口绝热系A 上面图示中的闭口绝热系A中的黄色方块是一团 气体,它从状态1变化到状态2 气体,它从状态1变化到状态2,很显然,按照理 想气体状态方程进行分析,由于气体膨胀对外做 功,我们会得到u 功,我们会得到u1<u2的结论,但是根据能量守恒 定律,工质与外界无能量交换,因此工质的能量 总和应当不变,再经过进一步分析,我们会得到 u1+p1V1=u2+p2V2 即H1=H2的结论.
二,热力学第一定律及其应用
热力学第一定律其实就是能量守恒定律在热力学 领域中的应用,由于热力学领域总是把某一系统 作为研究对象,所以强调的是系统和外部环境的 总的能量守恒. 在对单一热力系统进行分析的时候,系统本身能 量变化 ,系统与外界的功交换 量变化E,系统与外界的功交换W,系统与外 界的热交换 界的热交换Q,还有涉及物质进出系统带来和带 出的能量 出的能量e之间满足下列关系:
(五)热力过程
热力过程: 热力过程:系统从一个状态变化到另外一个状态 的时候经历的所有的中间状态的集合称为热力过 程,简称过程.如果系统经历一系列过程最终又 回到初始状态,则说这些过程构成一个热力循环 回到初始状态,则说这些过程构成一个热力循环. 热力循环. 准静态过程:在一个热力过程中,初始状态和最 准静态过程:在一个热力过程中,初始状态和最 终状态都是平衡态,从初始状态变化到最终状态 说明了原有平衡被打破,然后经历一些列变化最 说明了原有平衡被打破,然后经历一些列变化最 后形成了新的平衡.这个变化不会是一瞬间完成 后形成了新的平衡.这个变化不会是一瞬间完成 的,因此意味着在这两个状态之间,系统经历了 一些列连续的,依次相差为无穷小的平衡状态, 一些列连续的,依次相差为无穷小的平衡状态, 这个过程称为准静态过程.例如系统原来的状态 用参数表示为(A,B,C,D,E,F),最终状态表示为 用参数表示为(A,B,C,D,E,F),最终状态表示为 (A',B',C',D',E',F'),如果该过程是准静态过程, ,B',C',D',E',F' 那么6 那么6个参数的变化全部是连续的,如果表示在状 态参数坐标图上,有关6 态参数坐标图上,有关6个参数的曲线全部应当是 连续的.