热力学定律与热力学判据

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1、热力学定律与热力学判据2013年10月1参考书：•《材料热力学》，江伯鸿编著，上海：上海交通大学出版社，1999•《微观组织热力学》，西泽泰二著，郝士明译，北京：化学工业出版社，2006•《金属和合金中的相变》，波特等著，陈冷、余永宁译。北京：高等教育出版社，2010•《边缘奇迹相变和临界现象》，于渌等著，北京：科学出版社，20052杨振宁——《美与物理学》十九世纪物理学的三项最高成就是热力学、电磁学与统计力学。Einstein（1949为经典热力学所写的前言中）一个理论，如果它的前提越简单，而且能说明的各种类别的问题越多，适用的范围越广，那么

2、它给人的印象就越深刻。因此．经典热力学给我留下了深刻的印象。经典热力学是具有普遍内容的唯一的物理理论，我深信，在其基本概念适用的范围内是绝不会被推翻的。”又指出“尽管热力学结构简单，但难以捉摸。因为热力学的许多想法和概念都难以想象，一下子不能弄清楚，需反复地认识。”3什么是热力学thermodynamics？通过对热现象的观察实验和分析，总结出热现象的基本规律，即热力学的四个定律。并以此为基础，应用数学方法，通过逻辑演绎，得出有关物质各种宏观性质之间的关系式，以及判断宏观物理和化学过程的方向的判据。•从宏观角度观察和研究物体的特性，不考虑物体内

3、部结构，是一门唯象理论。•由热力学不能具体导出具体物质的特性，必须通过实验求得一些宏观性质，再根据热力学公式求出物质的具体特性。41.基本概念2.热力学第一定律和焓3.热力学第二定律和熵判据4.自由能和自由能判据5.系统的热力学稳定性6.热力学基本方程（Gibbs方程）7.热力学函数之间的关系热力学函数的定义：（1）内能U，焓H，熵S，自由能F和G。（2）热容C和C，热膨胀系数，等温压缩系数。VPPT5基本概念什么是系统?System•热力学研究的对象称为热力学系统（简称系统system），通常是由大量微观粒子（分子/原子或其它粒子）组成

4、的、具有一定宏观尺度、能为我们感官所察觉的有限物体或空间，其宏观性质具有统计规律。•系统以外的其它部分称为环境(surroundings)。环境总是指与系统有影响的局部空间或物质，而不是无限的宇宙空间。6基本概念根据系统与环境之间的相互作用，系统分为：•孤立系统（isolatedsystem）：与环境既没有物质也没有能量交换（做功或传热）。•封闭系统(closedsystem)：与环境有能量交换，但没有物质交换。•敞开系统(opensystem)：与环境既有能量又有物质交换。•绝热系统(asystem)：与环境既没有物质交换也没有热能交换，但有

5、非热能如电能、机械能等的交换。7基本概念根据系统本身特点，系统分为：•简单系统(simplesystem)：是指那些无电磁场作用、系统不发生化学反应、单一组元的系统。•多组分系统(multi-componentsystem)：由两个或两个以上组元构成的系统。由两个组元构成的系统称为二元系统，如Fe-C二元系统，ZrO-YO二元系统。三个组元构223成的系统称为三元系统，依次类推。•均匀系统（单相系统）(homogeneoussystem)：系统中各部分的化学组成和物理性质完全相同。•非均匀系统（复相系统）(heterogeneoussystem

6、)：系统由若干个均匀系统(相)组成。各个均匀系统之间有界面隔开。8基本概念什么是热力学函数？Thermodynamicfunctions系统宏观性质（macroscopicproperty），描述热力学系统状态的宏观物理量。•强度性质intensiveproperties：与系统大小（系统中所含物质的量）无关的参数。不具有加和性。如压力P，温度T，密度，比容等•容量（广延）性质extensiveproperties：与系统大小（物质的量）有关的参数。具有可加性。系统的某种性质可以是系统中各个部分性质的总和。如质量m，体积V，内能U，焓H，熵S，

7、自由能F，G。9基本概念•系统的各宏观性质不是彼此独立，只要确定其中少数性质，所有其它的性质也都自动确定。•把选择为独立变量的宏观量叫做状态参量，其它宏观性质可以表达为这些参量的函数。力学参量：压强几何参量：体积热学参量：温度电磁参量：电场强度，电极化强度，磁场强度，磁化强度化学参量：摩尔数，质量，粒子数•状态参量由系统的性质和研究问题的方便来选定。•不同的热力学系统，所需要的独立状态参量的数目不同。独立状态变量的数目也称为自由度f。•当处于平衡态时，f个独立变量就完全确定了系统的状态。10基本概念什么是热力学平衡?Thermodynamice

8、quilibrium系统性质的诸热力学性质不随时间而改变。应同时包括以下平衡（PVT系统，不考虑重力场、电场）（1）热平衡thermalequilib