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热力学基础知识
§1.1 热力学系统、状态与过程
一、系统与外界
(热力学)系统:
由大量微观粒子（分子、原子等）组成,作为我们的宏观物质系统研究对象.
外界: 与系统发生相互作用的其他物体。
有无能量交换 有无物质交换 系统种类
无 无 孤立系
有 无 封闭系
有 有 开放系
系统的分类:
本节要求：掌握热力学平衡态和状态参量等概念
掌握系统和状态参量的分类
掌握准静态过程的概念
二、系统状态与状态参量
1, 系统状态:由宏观性质所确定的系统宏观状态
微观状态:由系统内大量分子的速度和位置所确定的状态
2, (热力学)平衡态: 在不受外界影响的条件下，系统的宏观
性质不随时间变化的状态
系统处于平衡态的条件:
(1) 力学平衡条件;
(2) 热平衡条件;
(3) 相平衡条件; (相:物理性质均匀的部分)
(4) 化学平衡条件
平衡态是热动平衡
平衡态是理想概念
3 ,状态参量: 描述系统平衡态的几个相互独立的物理量
分类:
几何参量,力学参量,(简单系统,p-v系统)
化学参量,电磁参量
广延量：具有可加性（如体积、质量）
强度量：不具可加性（如压强、温度、密度等）
态函数: 系统其它宏观量可表为状态参量的函数
以p-v系统为例:
三、热力学过程
1 ,驰豫时间；从非平衡态发生到再到达平衡态所经历的时间
2 ,热力学过程是连续变化的非平衡态组成的
3 ,准静态过程:由一系列近似视为平衡态组成的热力学过程.
① 理想化的,无限缓慢
② 可用状态参量描述过程,
可用热力学坐标图上的过程曲线来描述
§1.2 热平衡定律及温度
一、热平衡定律(热力学第零定律）
C
A
B
C
A
B
本节要求：（1）理解热平衡定律；
　　　　　（2）温度的概念以及几种温标。
1 ,几个概念：
热平衡，
绝热壁，
透热壁，
热接触
2, 定律内容：如果两个物体各自与第三个物体达到热平衡，
　它们彼此也处在热平衡.
3, 热平衡定律是经验的总结，
　不是逻辑的推理！　
二、态函数温度
用热平衡定律证明态函数温度的存在
假设A ,B,C是简单系统,平衡态只需2个状态参量 来描述
B与C平衡，有：
由热平衡定律，A与B平衡，
故：
若A与C平衡，则有：
存在着态函数 用来表征系统热平衡状态下的特征，
经验表明，这就是系统的温度。
三. 温标: 一套具体给出温度值的方法
2.理想气体温标：
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
测温物质,测温属性,
定标方程,定标点
经验温标测得的温度值与测温物质有关
Ptr/(133.3224Pa)
373.0
373.2
374.0
200
400
600
800
1000
T(p)=373.15K
T(p)
H2
N2
O2
空气
依赖于所有气体的共性
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。
Lord Kelvin
提出热力学定律的开尔文表述,还以经典物理的“两朵乌云”说法而闻名
3.热力学温标：
开尔文在第二定律基础上引入的,
不依赖任何具体物质特性,
§1.3 物态方程
本节要求:（1）掌握物态方程的定义及三个系数；
　　　 （2）理想气体和范德瓦尔气体的物态方程；
　　　 （3）了解固体和液体物态方程。
物态方程：处于平衡态的某种物质的热力学参量（如压强、
体积、温度）之间所满足的函数关系
平衡态，简单系统，
可任取２个作状态参量，而将第三个作为其函数
　　　　　由实验直接测定或应用几个可直接测量的量，
　　　　　由热力学关系导出。
依据具体物质的性质，建立微观模型，应用　　　　　
统计物理理论导出。 　　　　　
实验方法 ：
理论方法：
一．三个系数
二. 理想气体的物态方程：
讨论：一定质量Ｍ，任意两个平衡态　　　　　和　　　　　的状态参量之间的关系
保持体积不变：
根据理想气体的温标定义有：
保持温度不变：
根据玻－马定律有：
阿氏定律：在温度和压强相同条件下，１mol任何气体的体积都相同
标准条件下为22.4升
理想气体的物态方程
三. 混合理想气体的物态方程：
道尔顿分压定律：混合气体的压强等于各组分分压强之和
各组分分压强: 与混合气体具有相同T和V而单独存在时的压强
四. 实际气体的物态方程：
1,范德瓦尔气体方程:
在理想气体基础上修正得到的半经验方程,最有代表性
分子固有体积修正
分子吸引力修正
β
f
a
s
范德瓦尔气体方程
2，昂尼斯方程
a为与引力有关的常数
b约为1mol气体分子刚球体积的4倍

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