热力学系统的平衡态和物态方程

目录

第一章热力学系统的平衡态和物态方程 (1)

第二章热力学第一定律 (3)

第三章热力学第二定律与熵 (7)

第四章均匀物质的热力学性质 (10)

第五章相变 (14)

第六章近独立粒子的最概然分布 (17)

第七章玻耳兹曼统计 (21)

第八章玻色统计和费米统计 (22)

第一章热力学系统的平衡态和物态方程

基本要求

1.掌握平衡态、温度等基本概念;

2.理解热力学第零定律;

3.了解建立温标的三要素;

4.熟练应用气体的物态方程。

主要内容

一、平衡态及其状态参量

1.平衡态

在不受外界条件影响下，系统各部分的宏观性质长时间不发生变化的状态称为平衡态。注意:

(1) 区分平衡态和稳定态.稳定态的宏观性质虽然不随时间变化,但它是靠外界影响来维持的.

(2) 热力学系统处于平衡态的本质是在系统的内部不存在热流和粒子流。意味着系统内部不再有任何宏观过程.

(3) 热力学平衡态是一种动态平衡，常称为热动平衡。

2.状态参量

用来描述系统平衡态的相互独立的物理量称之为状态参量。其他的宏观物理量则可以表达为状态参量的函数，称为状态函数。在热力学中需要用几何参量、力学参量、化学参量和电磁参量等四类参量来描述热力学系统的平衡态。简单系统只需要两个独立参量就能完全确定其平衡态.

二、温度与温标

1.热力学第零定律

与第三个物体处于热平衡的两个物体，彼此也一定处于热平衡。这个实验规律称为热力学第零定律。由该定律可以得出温度的概念,也可以证明温度是态函数.

2.温标

温标是温度的数值表示法分为经验温标(摄氏温标、华氏温标、理想气体温标等)和热力学温标两类.

三、物态方程

物态方程就是给出温度与状态参量之间的函数关系。具有n 个独立参量的系统的物态方程是 ()12,,

,0n f x x x T = 或 ()12,,n T T x x x =

简单系统（均匀物质）物态方程为

()0,,=T V p f 或 (),T T p V = 物态方程有关的反映系统属性的物理量

（1） 等压体胀系数

p

T V V ??? ????=

1α （2） 等体压强系数

V

T p p ??? ????=

1β （3） 等温压缩系数

T

T p V V ????

????-=1κ 由于p 、V 、T 三个变量之间存在函数关系，其偏导数之间将存在偏微分循

环关系式

1-=??? ?

?????? ???????? ????p V T V T T p p V

因此α、β、κT 满足

p T βκα=

解题指导

本章题目主要有四类：

一、有关温度计量的计算； 二、气体物态方程的运用；

三、已知物态方程，求α、β、κT .可以由物态方程求偏微分，利用偏微分循环关系式会使问题容易；

四、已知α、β、κT 中的两个，求物态方程。这是关于求全微分的积分问题，因为物态方程是态函数，所以其中任一参量的微分表达式一定是全微分，如

p V

T T dT dp dV p V ??????=+ ? ???????

将α、β代入其中便得到

11

dT dp dV p V

βα=

+ 积分便可以得到物态方程。

第二章 热力学第一定律

基本要求

1.理解准静态过程,掌握功、热量、内能、焓、热容量等基本概念；

2.理解热力学第一定律的物理内容；

3.熟练第一定律在各热力学过程中的应用。

主要内容

一、基本概念 1.准静态过程

系统在过程中经历的每一个状态都可以看作平衡态,在V p -图上用一条过程曲线来表示.

2.功

微小过程功的普遍形式为

i i

i dy Y dW ∑=

其中i y 称为外参量，i Y 是与i y 相应的广义力。 有限过程的功

1

2

1W dW =?

功是过程量.

a) 简单系统的体积功

pdV dW -= b) 液体表面张力的功 dA σdW = c) 电介质的极化功

dW VEdP = d) 磁介质的磁化功

0dW VHdM μ=

3.热量与内能 (1) 热量与热容量

热量是各系统之间因有温度差而传递的能量,它不属于某个系统,是过程量.系统在某一过程中温度升高1K 所吸收的热量，称作系统在该过程的热容量。

dT

dQ

T Q C T =??=→?0lim

每摩尔物体的热容量称为摩尔热容m C , 热容量是广延量m C C ν=. 因此 m dQ CdT C dT ν==

(2) 定体热容量和内能

内能是态函数, dU 一定是全微分.对于理想气体()U U T =

00lim lim V T T V V V Q U U dU C T T T dT

?→?→?????????

==== ? ? ??????????

0U dT C U V +=?

(3) 定压热容量和焓

焓也是态函数, pV U H +=,

()p

p T p

T p T p T H T H T pV U T Q C ??? ????=??? ????=?

??

???+?=??? ????=→?→?→?000lim lim lim

对于理想气体,焓也只是温度的函数

0H dT C H p +=?

(4) 迈耶公式

R C C V p ν=-

(5) 比热容比

V

p C C =

γ

二、热力学第一定律

系统从初态i 到终态f ，不管经历什么过程，其内能的增量

i f U U U -=?等于在过程中外界对系统所作的功W 和从外界吸收的热

量Q 之和。

对于微小过程： dW dQ dU += 对于有限过程： W U Q -?=

1. 理想气体的准静态过程应用(如下表)

2. 循环过程 正循环的效率

121211

'1'

'Q Q Q Q Q Q W -=-==

η

1Q 是系统从高温热源吸收的热量, '2Q (取绝对值)是向低温热源释放的

热量, 'W 为对外的机械功。对于准静态过程构成的卡诺循环

1

21T T -

=η 其中1T 和2T 分别是高温热源和低温热源的温度.

逆循环的致冷系数

2

12

2'Q Q Q W Q -=

=

ε 其中2Q 为在低温热源吸收的热量, W 为外界所作的功, W Q Q +=21'为工作物质在高温热源处放出的热量.对于卡诺致冷机

2

12

T T T -=

ε

解题指导

一、热力学第一定律适用于一切热力学过程. 二、具体解题时一定要区分物质系统的性质(比如是理想气体还是真实

气体)和过程的性质.这些性质集中体现在W 、Q 、U ?上.例如,一般不能用pdV ?

来计算非静态过程的功,但若是外界压强保持不变的非静态过程,则可以将其中的p 当作外界的定压计算体积功.

三、一般求内能或内能增量的方法有:在已知热容量的情况下积分求出;在已知W 和Q 的条件下,有热力学第一定律求出.

四、公式121211

'1'

'Q Q Q Q Q Q W -=-==η和2122'Q Q Q W Q -=

=ε可以适用于任何循环。

第三章 热力学第二定律与熵

基本要求

1. 理解可逆与不可逆过程、热力学第二定律的表述及实质、卡诺定理、

熵和熵增加原理； 2. 会求理想气体的熵；

3. 了解两种表述的等效性、热力学温标以及求熵变的方法。

主要内容

一、热力学第二定律两种表述

1. 克劳修斯表述：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. 开尔文表述：不可能从单一热源吸热使之完全变为有用的功而不引起其他变化。

开氏表述揭示了功热转换的不可逆性；克氏表述揭示了热传递的不可逆性。这两种表述是等效的。

二、 卡诺定理

1. 表述：所有工作于两个一定温度之间的热机，以可逆机的效率最大。表示为

211

1T W T Q -

>， 式中1T 和2T 分别为高温热源和低温热源的温度，W 是不可逆热机作的功，1Q 是它在高温热源吸收的热量。

2. 推论: 在相同的高温热源和低温热源之间工作的一切可逆热机效率相等。

22111

11T Q W T Q Q -

==- 式中W 和1Q 是任一可逆卡诺热机作的功和从高温热源吸收的热量, 2Q 是向低温热源放出的热量。

三、 克劳修斯等式与不等式

0≤?T dQ

等号适用于任意可逆循环，不等号适用于任意不可逆循环。 若过程只经历两个热源,上式变为:

02

2

1

1≤+T Q T Q 若过程只经历n 个热源,上式变为:

01≤∑=n

i i

i

T Q 四、熵和熵增加原理 1.熵的定义式

?

=-B

A

A B T

dQ S S

其中A 和B 是系统的两个平衡态，积分沿由A 态到B 态的任意可逆过程进

行。熵是态函数,其微分一定是全微分

T

dQ

dS =

熵是广延量。

2. 熵增加原理

系统从一个平衡态经绝热过程到另一个平衡态，它的熵永不减少, 经可逆绝热过程后熵不变，经不可逆绝热过程后熵增加 0≥-A B S S

等号适用于任意可逆过程，不等号适用于任意不可逆过程。

五、热力学第二定律的数学表达式 微分式

T

dQ dS ≥

积分式

?

≥-B

A

A B T

dQ S S

等号适用于任意可逆过程，不等号适用于任意不可逆过程。

六、热力学基本方程

对于只有体积功的简单系统

pdV TdS dU -= 对于一般的热力学系统 ∑-

=i

i

i

dy Y TdS dU

热力学基本方程只涉及状态变量，只要两态给定，状态变量的增量就有确定值，与联结两态的过程无关。

解题指导

一、用熵增加原理解题时,一定要将所有参与过程的物体构成一个孤立系统才能求解.如果熵的总增量满足熵增加原理,则该系统中所描述的过程可以自发进行；如果熵的总增量小于零，则该系统是非孤立（或非绝热）的，或者过程不能自发进行。

二、不可逆过程前后的熵变的计算一般有两种方法：（1）直接用始末状态的参量计算，因为熵是态函数，两平衡态的熵差于过程无关。（2）在

始末平衡态之间设计一个连接此两态的可逆过程来计算。

第四章均匀物质的热力学性质

基本要求

1.掌握内能、焓、自由能、吉布斯函数的全微分和麦氏关系；

2.理解特性函数的意义，会求热力学基本函数；

3.了解气体的节流过程和基本的制冷方法；

4.会分析平衡辐射场和磁介质的热力学性质。

主要内容

一、热力学函数

内能、熵、物态方程、焓、自由能、吉布斯函数是主要

的热力学函数，其中U 、S 及物态方程是基本的函数。

适当选择独立变量（称为自然变量），只要知道一个热力学函数，就可以通过求偏导数而求得均匀系统的全部热力学函数，从而把均匀系统的平衡性质完全确定。这个热力学函数即称为特征函数，表明它是表征均匀系统的特性的。函数()V S U ,，()p S H ,，()V T F ,和()p T G ,都是特性函数。

二、热力学函数的物理意义

1.熵：系统经绝热过程熵永不减少。经可逆绝热过程熵不变，经不可逆绝热过程熵增加。

0A B S S -≥

2.自由能：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。这个结论称为最大功定理。

W F F B A -≥-

若只有体积变化功，则当系统的体积不变时，0=W ，则

0B A F F -≤

即在等温等容过程中，系统的自由能永不增加。

3.吉布斯：在等温等压过程中，除体积变化功外，系统对外所作的功不大于吉布斯函数的减少。或吉布斯函数的减少是在等温等压过程中，除体积变化功外从系统所能获得的最大功。 1W G G B A -≥- 假如没有其他形式的功，01=W ，则

0≤-A B G G 这就是说，经等温等压过程后，吉布斯函数永不增加。

三、热力学辅助方程 1.能态方程

p T p T V U V

T -???

????=??? ????

2.焓态方程

p T

T V T V p H ??? ????-=???? ???? 3.热容差公式

p

V V p T V T p T C C ??? ??????? ????=-

4.吉布斯--亥姆霍兹方程

F U F T

T ?=-? , T

G T G H ??-= 5.TdS 方程

分别以T 、 V 和T 、p 及p 、V 为变量

V V

p TdS C dT T dV T ???=+ ????

p p V TdS C dT T dp T ???

=- ????

V p T T

TdS C dp C dV p V ??????=+ ?

?????

??

四、具体物质的热力学性质 1.磁介质的热力学性质

(1) 磁介质的热力学基本方程

Hdm TdS dU 0μ+=

其中VM m =是介质的总磁矩. 与简单系统比较,通过代换

m V H p →-→,

0μ,可以类似地定义磁介质的焓、自由能和吉布斯

函数.磁介质的一个麦氏关系

H

T T m H S ???

????=??? ????0μ

(2) 居里定律

H T

CV

m =

(3) 绝热去磁致冷

H H S T m C T H T ??? ?

???-=???

????0μ H T

C CV H T H S 0μ=

???

???? (4) 磁致伸缩效应与压磁效应的关系

H

T p T p m H V ,0,???? ????-=???

????μ 2. 平衡辐射

(1) 辐射能量密度 4

aT u =

(2) 辐射压强 u p 31

=

(3) 斯忒藩－玻尔兹曼定律 4

441T caT J u σ==

(4) 辐射场的熵 V aT S 3

3

4=

(5) 辐射场的可逆绝热方程 =V T 3

常量

解题指导

在本章的习题中,恒等式的证明体很多,证题的技巧性也很强,证明恒等式常用的公式有：麦氏关系式、偏微分的循环关系式、全微分式及其判别式、雅可比行列式等，技巧主要在于每一步的证明选择什么公式进行变换最简单（待补）。

第五章 相变

基本要求

1.掌握均匀系的平衡条件和平衡的稳定性条件；

2.会由开系的热力学基本方程求开系的麦氏关系；

3.掌握单元两相系的平衡条件和克拉珀龙方程，了解三相图和范德瓦尔斯等温线的意义；

4.了解分界面为曲面的相平衡条件；

5.了解相变的分类方法。

主要内容

一、平衡判据

简单系统的平衡判据

1.熵判据: 一个系统在体积和内能不变的情况下(孤立系统),对于各种可能的变动,平衡态的熵最大。 孤立系统处在稳定平衡状态的必要和充分条件为

0

将S 作泰勒展开，准确到二级，有

2

S S S δδ?=+

由0S δ=可以得到平衡条件，由2

0S δ<可以得到平衡的稳定性条件。

2.自由能判据: 一个系统在温度和体积不变的情况下,对于各种可能的变动,平衡态的自由能最小。

0>?F

3. 吉布斯函数判据: 一个系统在温度和压强不变的情况下,对于各种可能的变动,平衡态的吉布斯函数最小。

0>?G

还可以导出焓判据、能量判据，上述三个是常用的，其中熵判据又是最基本的。

二、平衡条件与平衡稳定性条件

1.平衡条件：系统的热动平衡分为力学平衡、热平衡、相平衡和化学平衡四类，可由上述判据导出，即平衡时各相的温度，压强和化学势必须分别相等。

2. 开系的热力学基本方程：

dn pdV TdS dU μ+-= dn Vdp TdS dH μ++= dn pdV SdT dF μ+--= dn Vdp SdT dG μ++-= μnd pdV SdT dJ ---=

式中n F J μ-=称为巨热力势，()μ,,V T J 是特性函数。

3. 均匀系的平衡稳定条件（以T 、V 为变量）： 0,

0

????>T

V V p C 假如子系统的温度由于涨落或某种外界影响而略高于媒质，热量将从子系统传递到媒质，根据热动稳定性条件0>V C ，热量的传递将使子系统的温度降低，从而恢复平衡；假如子系统的体积由于某种原因发生收缩，根据力学稳定性条件0

????T

V p ，子系统的压强将增高而略高于媒质的压强，于是子系统膨胀而恢复平衡。这就是说，如果平衡稳定性条件得到满足，

当系统对平衡发生某种偏离时，系统中将会自发产生相应的过程，以恢复系统的平衡。

三、单元复相系的平衡 1. 克拉珀龙方程

)(αβv v T L dT dp -= 2. 蒸汽压方程

A RT L

p +-

=ln

3.液滴的临界（中肯）半径

2'ln

c r p RT p

α

συ=

四、相变分类

n 级相变的特点是，化学势和及其一级至（n-1）级偏微分连续，但化学势的n 级偏微分存在突变。

1.二级相变的特点：相变时两相的化学势和其一级偏微商连续，但化学势的二级偏微商存在突变。即

121212,

T T P P

μμμμ

μμ????===????（无相变潜热），（比容无突变）；但 2212

22

2212

222212

T T P P T P T P

μμμμμμ??≠????≠????≠????（定压比热有突变），（等温压缩系数有突变），（等温膨胀系数有突变）。

2. 艾伦菲斯特方程

21212121()

P P C C dP dP

dT dT TV αακκαα--==--或。

它是二级相变的重要方程。

解题指导

一、对于平衡条件、平衡稳定条件，常用S 、U 、F 、G 等判据和格拉郎日待定乘子理论及物质守恒、能量守恒等联络方程来证明。证明时要注意所用判据的条件，以便进行变数变换。

二、关于一级相变的习题，一般可用三条途径求解：一是用克拉伯龙方程，二是用平衡条件，三使用态函数（如S 、G ）和最大功定理及熵增加原理。计算题常用前者。求解时应注意L h h αββ?=-常起着沟通第一、二途径的作用。

第六章 近独立粒子的最概然分布

基本要求

1.理解物质的微观模型，理解粒子和系统运动状态的经典描述和量子描述；

2.了解分布和微观状态数的关系，了解统计规律性；

3.掌握玻耳兹曼系统、玻色系统和费米系统的特点及其最概然分布。

主要内容

一、气体分子动理论 1．理想气体的压强公式 212

33

t p nmv n ε=

= 2．麦克斯韦速度分布律

()(

)z

y

x

z y x z

y x z y x dv dv dv kT v v v m kT m dv dv dv v v v f ???

?

????

?++-

???

?

??=2exp 2,,2

2

22

3π

其中按某方向分布：

()()

i i i i dv kT v m kT m dv v f ???

?

???-??

?

?

??=2exp 222

1π

速率分布： ()dv v e

kT m dv v f kT

mv 222

3

2

24????

?

??=-

ππ

二、粒子微观状态的描述

1．经典描述：粒子在任一时刻的力学运动状态由粒子的r 个广义坐标

r q q q ,,,21???和与之共轭r 个广义动量r p p p ,,,21???在该时刻的数值确

定。粒子的能量ε是其广义坐标和广义动量的函数

()

r r p p q q ,;,,11εε=

（1）自由粒子

()

22

221z y x p p p m

++=

ε （2）线性谐振子

222222

1222x m m p x A m p ωε+=+=

（3）转子 ??

? ??+=

222sin 121?θθεp p I 2．粒子运动状态的量子描述

在量子力学中微观粒子的运动状态称为量子态。量子态由一组量子数表征，这组量子数的数日等于粒子的自由度数。

（1）自旋

粒子在外磁场中的势能为

B m

e B 2 ±

=?-μ （2）线性谐振子

??

? ??+=21n n ωε ，???=,2,1,0n

（3）转子

()I

l l l 212

+=ε，???=,2,1,0l

（4）自由粒子

()

2

2

22222

22221L

n n n m p p p m z y x z y x ++=++= πε 半经典近似下，在体积V 内，在ε到εεd +的能量范围内，自由粒子

可能的状态数为

()()εεπεεd m h V d D 2

133

22=

三、系统微观运动状态的描述

1．经典描述：系统的微观运动状态需要Nr 2个变量，这Nr 2个变量

就是ir i q q ,,1 ；ir i p p ,,1 ),,2,1(N i =。全同粒子是可以分辨的。

2．量子描述： (1)玻耳兹曼系统：粒子可以分辨，每一个体量子态能够容纳的粒子数不受限制； (2)玻色系统：粒子不可分辨，每一个个体量子态所能容纳的粒子数不受限制；

(3)费米系统：粒子不可分辨，每一个个体量子态最多能容纳一个粒子。 四、分布和微观状态

等概率原理认为，对于处在平衡状态的孤立系统，系统各个可能的微观状态出现的概率是相等的。

以()???=,2,1l l ε表示粒子的能级，l ω表示能级l ε的简并度。N 个粒子在各能级的分布可以描述如下： 能 级 ??????,,,21l εεε 简并度 ??????,,,,21l ωωω 粒子数 ??????,,,,21l a a a

（1）与分布{}l a 相应的玻耳兹曼系统的微观状态数是

∏∏=

Ωl

a l l

l B M l a N ω!!

.. （2）与分布{}l a 相应的玻色系统的微观状态数是

()()∏

--+=Ωl

l l l l E B a a !

1!!

1..ωω

（3）与分布{}l a 相应的玻色系统的微观状态数是

()∏

-=Ωl

l l l l D F a a !

!!

..ωω

工程热力学基本概念

第一章 1.基本概念 热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。 边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。 外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。 闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。 开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。 绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。 孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。 单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。 复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。 单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。 多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。 均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。 非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。 热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。 平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。 状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。 基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。 温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。 热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。 压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。 相对压力：相对于大气环境所测得的压力。如工程上常用测压仪表测定系统中工质的压力即为相对压力。 比容：单位质量工质所具有的容积，称为工质的比容。 密度：单位容积的工质所具有的质量，称为工质的密度。 强度性参数：系统中单元体的参数值与整个系统的参数值相同，与质量多少无关，没有可加性，如温度、压力等。在热力过程中，强度性参数起着推动力作用，称为广义力或势。

大学物理期末复习热学-第一章习题热力学系统的平衡态及状态方程.docx

热学：（10学时，29题） 第一章热力学系统的平衡态及状态方程 1. 在标准状态下，容积为10m x 10m x 3m的房间内空气的质量为多少千克？（空气的平 均摩尔质量是29 x 10_3kg/mol） 2. 截面积为S的粗细均匀的U形管，其中储有水银，高度如图所示。今将U形管的右侧 与大气相通，左侧上端封闭，其屮空气柱的温度为300K。若要使空气柱长度变为60cm,需加热到多少K?己知大气压强保持为75cmHgo 第2题 3. 在矿井入风巷道的某一截面处空气的压强p = 0.9xl05Pa,温度t= 17°C,流速v = 5m/s,该处 截面积S = 8m2,问每秒钟流经该处的空气的质量为多少千克？（已知空气的平均摩尔质量是28.9 x 10-3kg/mol） 4. 一篮球在室温为AC时打入空气，使其达到1,5atm，试计算： ⑴赛球时，篮球温度升高到30°C,这时球内的压强有多大？ （2）在球赛过程中，球被扎破了一个小洞，开始漏气，问当球赛结束后，篮球恢复到室温时，球内剩下的空气是原有空气的百分之几？（篮球体积不变，室内外均为latm）5. 深海潜水员要在四周都是水的压力下呼吸空气，因为在0.2MPa的分压强下的氧气是有 毒的所以在一定的水深以下必须使用特殊的气体混合物。已知海水的密度为p = 1.025 x 103kg/m3,试问： ⑴按照含氧21%的体积百分比计算，在什么深度下空气中氧的分压强等于0.2MPa? （2）在深水作业中使用含3%的氧和97%的氮（体积百分比）的气体混合物，在水深200m吋，这种气体混合物中氧的分压强是多少？ 6. 近代物理学中常用电子伏（eV）作为能量单位，试问在多高温度下分子的平均平动动能

工程热力学基本概念

第一章 工质：实现热能和机械能之间转换的媒介物质。 系统：热设备中分离出来作为热力学研究对象的物体。 状态参数：描述系统宏观特性的物理量。 热力学平衡态：在无外界影响的条件下，如果系统的状态不随时间发生变化，则系统所处的状态称为热力学平衡态。 压力：系统表面单位面积上的垂直作用力。 温度：反映物体冷热程度的物理量。 温标：温度的数值表示法。 状态公理：对于一定组元的闭口系统，当其处于平衡状态时，可以用与该系统有关的准静态功 形式的数量n 加上一个象征传热方式的独立状态参数，即（n+1 ）个独立状态参数来确定。 热力过程：系统从初始平衡态到终了平衡态所经历的全部状态。 准静态过程：如过程进行的足够缓慢，则封闭系统经历的每一中间状态足够接近平衡态，这样的过程称为准静态过程。 可逆过程：系统经历一个过程后如果系统和外界都能恢复到各自的初态，这样的过程称为可逆过程。无任何不可逆因素的准静态过程是可逆过程。 循环：工质从初态出发，经过一系列过程有回到初态，这种闭合的过程称为循环。 可逆循环：全由可逆过程粘组成的循环。 不可逆循环：含有不可逆过程的循环。 第二章 热力学能：物质分子运动具有的平均动能和分子间相互作用而具有的分子势能称为物质的热力学能体积功：工质体积改变所做的功热量：除功以外，通过系统边界和外界之间传递的能量。焓：引进或排出工质输入或

输出系统的总能量。 技术功：工程技术上将可以直接利用的动能差、位能差和轴功三项之和称为技术功。功：物质间通过宏观运动发生相互作用传递的能量。 轴功：外界通过旋转轴对流动工质所做的功。 流动功：外界对流入系统工质所做的功。 第三章 热力学第二定律： 克劳修斯说法：不可能使热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。 开尔文说法：不可能从单一热源吸热使之完全转化为有用功而不引起其他变化。卡诺循环：两热源间的可逆循环，由定温吸热、绝热膨胀、定温放热、绝热压缩四个可逆过程组成。 卡诺定理：在温度为T1 的高温热源和温度为T2 的低温热源之间工作的一切可逆热机，其热效 率相等，与工质的性质无关；在温度为T1的高温热源和温度为T2的低温热源之间工作的热机 循环，以卡诺循环的热效率为最高。 熵：沿可逆过程的克劳修斯积分，与路径无关，由初、终状态决定。 熵流：沿任何过程（可逆或不可逆）的克劳修斯积分，称为“熵流” 。 熵产：系统熵的变化量与熵流之差。 熵增原理：在孤立系统和绝热系统中，如进行的过程是可逆过程，其系统总熵保持不变；如为不可逆过程，其熵增加；不论什么过程，其熵不可能减少。 第四章

第一章热力学系统的平衡态和物态方程

目录 第一章热力学系统的平衡态和物态方程 (1) 第二章热力学第一定律 (3) 第三章热力学第二定律与熵 (7) 第四章均匀物质的热力学性质 (10) 第五章相变 (14) 第六章近独立粒子的最概然分布 (17) 第七章玻耳兹曼统计 (21) 第八章玻色统计和费米统计 (22)

第一章热力学系统的平衡态和物态方程 基本要求 1.掌握平衡态、温度等基本概念; 2.理解热力学第零定律; 3.了解建立温标的三要素; 4.熟练应用气体的物态方程。 主要内容 一、平衡态及其状态参量 1.平衡态 在不受外界条件影响下，系统各部分的宏观性质长时间不发生变化的状态称为平衡态。注意: (1) 区分平衡态和稳定态.稳定态的宏观性质虽然不随时间变化,但它是靠外界影响来维持的. (2) 热力学系统处于平衡态的本质是在系统的内部不存在热流和粒子流。意味着系统内部不再有任何宏观过程. (3) 热力学平衡态是一种动态平衡，常称为热动平衡。 2.状态参量 用来描述系统平衡态的相互独立的物理量称之为状态参量。其他的宏观物理量则可以表达为状态参量的函数，称为状态函数。在热力学中需要用几何参量、力学参量、化学参量和电磁参量等四类参量来描述热力学系统的平衡态。简单系统只需要两个独立参量就能完全确定其平衡态. 二、温度与温标 1.热力学第零定律 与第三个物体处于热平衡的两个物体，彼此也一定处于热平衡。这个实验规律称为热力学第零定律。由该定律可以得出温度的概念,也可以证明温度是态函数. 2.温标 温标是温度的数值表示法分为经验温标(摄氏温标、华氏温标、理想气体温标等)和热力学温标两类.

三、物态方程 物态方程就是给出温度与状态参量之间的函数关系。具有n 个独立参量的系统的物态方程是 ()12,, ,0n f x x x T = 或 ()12,,n T T x x x = 简单系统（均匀物质）物态方程为 ()0,,=T V p f 或 (),T T p V = 物态方程有关的反映系统属性的物理量 （1） 等压体胀系数 p T V V ??? ????= 1α （2） 等体压强系数 V T p p ??? ????= 1β （3） 等温压缩系数 T T p V V ???? ????-=1κ 由于p 、V 、T 三个变量之间存在函数关系，其偏导数之间将存在偏微分循 环关系式 1-=??? ? ?????? ???????? ????p V T V T T p p V 因此α、β、κT 满足 p T βκα= 解题指导 本章题目主要有四类： 一、有关温度计量的计算； 二、气体物态方程的运用； 三、已知物态方程，求α、β、κT .可以由物态方程求偏微分，利用偏微分循环关系式会使问题容易；

热力学的基本概念汇总

§4－1 热力学的基本概念 本节介绍一些基本概念——热力学系统 平衡态 准静态过程。 一、热力学系统（Thermodynamic System ）（系统） 1.热力学系统 在热力学中，把所要研究的对象，即由大量微观粒子组成的物体或物体系称为热力学系统。在下一节中，将对热力学系统进行详细的讨论。外界环境（环境）：系统以外的物质 1）概念：在热力学中，把要研究的宏观物体叫作热力学系统，简称系统，也称为工作物质。热力学系统是由大量分子组成的，可以是固体、液体和气体等。本章主要研究理想气体。 与热力学系统相互作用的环境称为外界。 2）热力学系统的分类：根据系统与外界是否有作功和热量的交换，系统可分为： 一般系统：有功、有热交换 透热系统：无功、有热交换 绝热系统：有功、无热交换 封闭系统：无功、无热交换（又称为孤立系统） 对于平衡态的系统，可以用压强、温度、体积来描述系统的状态。 根据系统与外界是否有物质和能量交换，系统可分为： 孤立系统：无能量、无质量交换 ——isolated system 封闭系统：有能量、无质量交换 ——closed system 开放系统：有能量、有质量交换 ——Open system 绝热系统：无能量交换 ——adiabatic system 二、平衡态 1．气体的物态参量 对于由大量分子组成的一定量的气体，其宏观状态可以用体积V 、压强P 和温度T 来描述。描述系统状态变化的物理量称为气体的物态参量。有体积(V) 、压强(p)、温度(T) 1）气体的体积（V olumn ）V —— 几何参量 气体的体积V 是指气体分子无规则热运动所能到达的空间。对于密闭容器中的气体，容器的体积就是气体的体积。 单位：m 3 注意：气体的体积和气体分子本身的体积的总和是不同的概念。 2）压强（Pressure ）P ——力学参量 压强P 是大量分子与容器壁相碰撞而产生的，它等于容器壁上单位面积所受到的正压力。定义式为 S F P 单位：（1）SI 制帕斯卡 Pa 1Pa=1N ·m -2 （2）cm ·Hg 表示高度为1cm 的水银柱在单位底面上的正压力。 1mm ·Hg=1Toor (托) （3）标准大气压 1atm=76ch ·Hg=1.013×105Pa 工程大气压 9.80665×104Pa 3）温度（Temperature ）T ——热力学参量 温度的概念是比较复杂的，它的本质与物质分子的热运动有密切的关系。温度的高低反映分子热运动激烈程度。在宏观上，我们可以用温度来表示物体的冷热程度，并规定较热的物体有较高的温度。

热力学平衡汇总

第2章. 化学热力学与化学平衡 2.1 化学热力学基本知识 1. 研究内容：化学热力学研究的对象是宏观系统。 化学反应的能量变化；化学反应的方向；化学的反应限度。 2. 一些相关的重要的基本概念 (1)系统、环境和相： 热力学中研究的对象为系统；称系统以外的其他密切相关部分为环境。 相是系统中物理性质和化学性质完全相同的均匀部分，相与相之间存在明显的界面。通常把只含有一个相的系统称为均相系统；含两个或两个以上相的系统称为多相系统。(2)系统的分类： 按系统与环境之间能量和物质交换有无交换分三类： 重点讨论的是封闭系统。 (3)状态和状态函数： 状态：系统的宏观性质的综合表现。

状态函数：描述系统性质的物理量(如：n、p、V、T、U、H、G、S ……) 广度性质：具有加和性的系统性质,如体积、质量等。 强度性质：不具有加和性的系统性质, 如温度。 状态函数的特点：其量值只取决系统所处的状态；其变化值仅取决于系统的始态和终态，而与变化的途径无关。(4)过程和途径： 系统状态所发生的任何变化称为过程。系统经历一个过程，由始态变化到终态，可以采用多种不同的方式，通常把完成某一过程的具体方式称为途径。 根据过程发生时的条件不同，可分为以下几类： (1)等温过程：系统的始态温度与终态温度相同。 (2)等压过程：系统始态的压力与终态的压力相同。 (3)等容过程：系统的体积无变化的过程称为等容过程。 (4)循环过程：如果系统由某一状态出发，经过一系列变化又回到原来的状态，这种过程就称为循环过程。 无机化学重点讨论等温等压等压过程。 3. 标准状态、标准状况 热力学标准状态：

工程热力学基本概念

工质：实现热能和机械能之间转换的媒介物质。 系统：热设备中分离出来作为热力学研究对象的物体。 状态参数：描述系统宏观特性的物理量。 热力学平衡态：在无外界影响的条件下，如果系统的状态不随时间发生变化，则系统所处的状态称为热力学平衡态。 压力：系统表面单位面积上的垂直作用力。 温度：反映物体冷热程度的物理量。 温标：温度的数值表示法。 状态公理：对于一定组元的闭口系统，当其处于平衡状态时，可以用与该系统有关的准静态功形式的数量n加上一个象征传热方式的独立状态参数，即（n+1）个独立状态参数来确定。 热力过程：系统从初始平衡态到终了平衡态所经历的全部状态。 准静态过程：如过程进行的足够缓慢，则封闭系统经历的每一中间状态足够接近平衡态，这样的过程称为准静态过程。 可逆过程：系统经历一个过程后如果系统和外界都能恢复到各自的初态，这样的过程称为可逆过程。无任何不可逆因素的准静态过程是可逆过程。 循环：工质从初态出发，经过一系列过程有回到初态，这种闭合的过程称为循环。 可逆循环：全由可逆过程粘组成的循环。 不可逆循环：含有不可逆过程的循环。 第二章 热力学能：物质分子运动具有的平均动能和分子间相互作用而具有的分子势能称为物质的热力学能。 体积功：工质体积改变所做的功。 热量：除功以外，通过系统边界和外界之间传递的能量。 焓：引进或排出工质输入或输出系统的总能量。 技术功：工程技术上将可以直接利用的动能差、位能差和轴功三项之和称为技术功。 功：物质间通过宏观运动发生相互作用传递的能量。 轴功：外界通过旋转轴对流动工质所做的功。 流动功：外界对流入系统工质所做的功。

热力学第二定律： 克劳修斯说法：不可能使热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。 开尔文说法：不可能从单一热源吸热使之完全转化为有用功而不引起其他变化。 卡诺循环：两热源间的可逆循环，由定温吸热、绝热膨胀、定温放热、绝热压缩四个可逆过程组成。 卡诺定理：在温度为T1的高温热源和温度为T2的低温热源之间工作的一切可逆热机，其热效率相等，与工质的性质无关；在温度为T1的高温热源和温度为T2的低温热源之间工作的热机循环，以卡诺循环的热效率为最高。 熵：沿可逆过程的克劳修斯积分，与路径无关，由初、终状态决定。 熵流：沿任何过程（可逆或不可逆）的克劳修斯积分，称为“熵流”。 熵产：系统熵的变化量与熵流之差。 熵增原理：在孤立系统和绝热系统中，如进行的过程是可逆过程，其系统总熵保持不变；如为不可逆过程，其熵增加；不论什么过程，其熵不可能减少。 第四章 理想气体：热力学中，把完全符合PV=RT及热力学能仅为温度的函数U=U(T)的气体，称为理想气体。 比热容：单位物量物体在准静态过程中温度升高1K（或1 C）所需要的热量称为“比热容”。 质量比热容：取1kg质量作为计量单位时，其比热容称为质量比热容。 体积比热容：取标准状态下1m^3气体的体积作为计量单位时，其比热容称为体积比热容。 摩尔比热容：取1mol作为计量单位时，其比热容称为摩尔比热容。 第五章 饱和温度：饱和状态的温度称为饱和温度 饱和压力：饱和状态的压力称为饱和压力 饱和水：水温t等于水压p所对应的饱和温度ts，称为饱和水 干饱和蒸汽：水蒸气温度t等于其压力p所对应的饱和温度ts，称为干饱和蒸汽。 过热蒸汽：蒸汽的温度t高于其压力p所对应的饱和温度ts，称为过饱和蒸汽。 干度：1kg湿蒸汽中含xkg的饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。 绝热效率：实际输出功和理论实处功之比。 过冷度：水温t低于水压p所对应的饱和温度ts，称为未饱和水。 过热度：蒸汽的温度t高于其压力p所对应的饱和温度ts，称为过饱和蒸汽。 第六章 理想混合气体：由相互不发生化学反应的理想气体组成 道尔顿分压力定律：理想气体混合物的压力等于各组成气体分压力的总和 分体积定律：理想气体混合物的总体积等于各组成气体分体积的总和

热力学基本概念资料

热力学基本概念

热力学基本概念 1 绪论 1.1 化学与物理化学 化学是在分子层次上研究物质的性质与变化的一门学科。化学反应的本质是原子或原子团的重新组合。化学研究的最终目标是利用化学反应技术为人类服务。 物理化学是化学的一门分支学科。是一门从物质的物理现象和化学现象的联系入手来探索化学过程基本规律的学科。物理化学重点关注化学过程的物理性质的变化规律。化学是一门实验学科。物理化学的一项重要任务就是将离散的实验结果进行定量关联，从而建立有关化学过程的理论和技术方法。 1.2 物理化学的研究内容 最早使用“物理化学”这一术语的是俄国科学家罗蒙诺索夫。1887年，德国科学家W.Ostawald和荷兰科学家J. H. van’t Hoff创办德文《物理化学杂志》创刊，标志着物理化学作为一门学科进入了发展时期。现在，物理化学包含有多个分支学科，如：化学热力学，化学反应动力学，结构化学，量子化学，催化，电化学，光化学，胶体与界面化学等。 物理化学的研究内容概括来讲为：研究结构与性质的关系，反应的方向与限度的关系，反应速率与反应机理。物理化学课程内容就是基于这一思想组织建立的。课程内容有：热力学基本原理，热力学在多组分系统的应用，相平衡，化学平衡，统计热力学，电化学，化学反应动力学，胶体与界面物理化学。

1.3如何学好物理化学 物理化学的特点是理论性强，概念抽象，数学关系多而且复杂。在学习这门课程中不仅要注重基础理论、基本概念，还要注重物理化学研究问题、分析问题、解决问题的方法特点。这就是要注重数学分析方法、逻辑推理方法和数据处理技术。因此，在学习过程中要勤于思考，勤于实践。这里的实践，不仅包含实验的含义，还包含数学推演和数值计算的含义。希望通过这门课程的学习，不仅掌握了物理化学的基础理论，还培养了一个理念：正确了解和处理人与自然的关系。 2 热力学基本概念 2.1 热力学的研究内容 热力学研究的对象是由大量微观粒子(原子、分子)组成的宏观体系。所谓大量，是指粒子数在1023的数量级附近。热力学的研究内容是：客观系统的热现象和其它形式的能量之间的转换关系，系统变化所引起的系统热力学性质的变化。热力学的核心内容是热力学的第一、二定律。 2.2 热力学发展的几个阶段 1840年代，Joule进行了热功当量实验，主要解决了热-功转换的定量关系，为能量守恒定律在热力学体系的应用，即热力学第一定律的建立奠定了基础。 与此同时代，Kelvin、Clausius等分别从不同的角度研究了热机效率、热-功转换的方向等问题，提出了热力学的第二定律。19世纪末，Boltzmanm利用统计力学方法，建立了热力学的统计理论——统计热力学。

热力学基本概念.

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3）孤立体系（isolated system ） 体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故又称为隔离体系。有时把封闭体系和体系影响所及的环境一起作为孤立体系来考虑 注意： 可见，体系与环境的划分并不是绝对的，实际上带有一定的人为性。原则上说，对于同一问题，不论选哪个部分作为体系都可将问题解决，只是在处理上有简便与复杂之分。因此，要尽量选便于处理的部分作为体系。一般情况下，选择哪一部分作为体系是明显的，但是在某些特殊场合下，选择方便问题处理的体系并非一目了然。 2 、状态函数

体系的一些性质，其数值仅取决于体系所处的状态，而与体系的历史无关；它的变化值仅取决于体系的始态和终态，而与变化的途径无关。具有这种特性的物理量称为状态函数（state function）。 状态函数的特性可描述为：异途同归，值变相等；周而复始，数值还原。 状态函数在数学上具有全微分的性质。 体系的性质-状态函数性质 用宏观可测性质来描述体系的热力学状态，故这些性质又称为热力学变量。可分为两类： 广延性质（extensive properties） 又称为容量性质，它的数值与体系的物质的量成正比，如体积、质量、熵等。这种性质有加和性，在数学上是一次齐函数。 强度性质（intensive properties） 它的数值取决于体系自身的特点，与体系的数量无关，不具有加和性，如温度、压力等。它在数学上是零次齐函数。指定了物质的量的容量性质即成为强度性质，如摩尔热容。 3.过程与途径 （1）体系状态的任何变化称过程(process)。 始态————————————————→终态 过程（具体可通过不同的途径来实现） (2) 实现状态变化的具体步骤称为途径(path)。 根据过程有无相变及化学反应分： 简单状态变化过程：T，p，V变化 化学变化过程 相变过程 常见的变化过程 ◆恒温过程：T始=T终=T外=常数 ◆恒压过程: p始=p终=p外=常数

第二章热力学第一定律概念及公式总结

第二章 热力学第一定律 2.3热力学基本概念 1.系统： ● 隔离系统：没有物质或能量的交换 ● 封闭系统：有能量交换 ● 敞开系统：有能量或物质的交换 2.热力学平衡态：（当系统的各种性质不随时间而改变，则系统就处于热力学平衡状态）热力学必须同时满足的条件平衡：热动平衡、力学平衡、相平衡、化学平衡。 2.3.1状态函数(当系统的状态发生变化时，它的一系列性质也随之变化，改变的多少取决于始态和终态)【异途同归，值变相等；周而复始，数值还原】 《m 、T 、、P 、V 、浓度、黏度、折光率、热力学能、焓、熵》 2.3.2 状态方程 (),ν=T f p 与系统性质有关的函数 2.3.3 过程和途径 2.3.3.1 常见的变化过程有： ● 等温过程：只有始终态温度不变 ● 恒温过程：在过程中温度一直持续不变 ● 等压过程：始终态压力相等且等于环境温度 ● 等容过程：系统变化过程中体积不变（刚性容器） ● 绝热过程：系统与环境没有热交换（爆炸、快速燃烧）Q=0 ● 环状过程：系统经一系列变化又回到了原来的状态 d 0∮ν= 、d 0∮=p 、d 0∮=U 、d 0∮=T 状态函数的变化值仅取决于系统的始终态，而与中间具体的变化无关。 过程函数的特点： 只有系统发生一个变化时才有过程函数 过程函数不仅与始终态有关还与途径有关 没有全微分，只有微小量。用δQ 、δw 表示 环积分不一定为0 （不一定0 ∮δ=Q ） 2.3.4 热和功 热的本质是分子无规则运动强度的一种体现，系统内部的能量交换不可能是热。功和热都不是状态函数，其值与过程无关。 2.4热力学第一定律 热力学能是指系统内分子运动的平动能、转动能、振动能、电子及核的能量，以及分子与分子之间相互作用的位能等能量的总和。 文字表述： 第一类永动机是不可能造成的（既不靠外界提供能量，本身也不减少能量，却可以不断对外做功的机器称为第一类永动机）

第二篇热学第三章 平衡态热力学

第二篇 热 学 第三章 平衡态热力学 2-3-1选择题： 1、. 若理想气体的体积为V ，压强为p ，温度为T ，则该理想气体的分子数为： (A) m pV （B ）kT pV （C ）RT pV (D) mT pV 其中：m 表示一个分子的质量；k 为玻耳兹曼常量；R 为气体普适常量。 2、一定量的理想气体，分别经历如 选择2题图(1)所示的abc 过程 (图中虚线 ac 为等温线)和选择2题图(2)所示的def 过程(图中虚线df 为绝热线). 判断这两过 程是吸热还是放热. (A) abc 过程吸热，def 过程放热. (B) abc 过程放热，def 过程吸热. (C) abc 过程def 过程都吸热. (D) abc 过程def 过程都放热. 3、如选择3题图：一定量的理想气体，由平衡状态A 变到平衡状态B 。若状态A 与B 的压强相等。则在状态A 与 B 之间，无论经过的是什么过程，气体必然： (A) 对外作正功. (B) 内能增加. (C) 从外界吸热. (D) 向外界放热. 4、如选择4题图所示，一定量的理想气体从体积V 1膨胀 到体积V 2分别经历的过程是：A →B 等压过程; A →C 等温过程; A →D 绝热过程 . 其中吸热最多的过程 (A) 是A →B. (B) 是A →C. (C) 是A →D. (D) 既是A →B,也是A → C ,两者一样多. 5、用公式?U=νC V ?T (式中C V 为定容摩尔热容量，ν为气体摩尔数)计算理想气体内能增量时，该式： (A) 只适用于准静态的等容过程. (B) 只适用于一切等容过程. (C) 只适用于一切准静态过程. (D) 适用于一切始末态为平衡态的过程. 选择2题图 选择3题图1 2 选择4题图

热力学第一定律基本概念和重点总结要点

本章内容： 介绍有关热力学第一定律的一些基本概念，热、功、状态函数，热力学第一定律、热力学能和焓，明确准静态过程与可逆过程的意义，进一步介绍热化学。 第一节热力学概论 ?热力学研究的目的、内容 ?热力学的方法及局限性 ?热力学基本概念 一．热力学研究的目的和内容 目的：热力学是研究热和其它形式能量之间相互转换以及转换过程中所应遵循的规律的科学。内容：热力学第零定律、第一定律、第二定律和本世纪初建立的热力学第三定律。其中第一、第二定律是热力学的主要基础。 把热力学中最基本的原理用来研究化学现象和化学有关的物理现象，称为化学热力学。 化学热力学的主要内容是： 1.利用热力学第一定律解决化学变化的热效应问题； 2.利用热力学第二律解决指定的化学及物理变化实现的可能性、方向和限度问题，建 立相平衡、化学平衡理论； 3.利用热力学第三律可以从热力学的数据解决有关化学平衡的计算问题 二、热力学的方法及局限性 方法： 以热力学第一定律和第二定律为基础，演绎出有特定用途的状态函数，通过计算某变化过程的有关状态函数改变值，来解决这些过程的能量关系和自动进行的方向、限度。 而计算状态函数的改变只需要根据变化的始、终态的一些可通过实验测定的宏观性质，并不涉及物质结构和变化的细节。 优点： ?研究对象是大数量分子的集合体，研究宏观性质，所得结论具有统计意义。 ?只考虑变化前后的净结果，不考虑物质的微观结构和反应机理，简化了处理方法。局限性： 1.只考虑变化前后的净结果，只能对现象之间的联系作宏观的了解，而不能作微观的 说明或给出宏观性质的数据。 例如：热力学能给出蒸汽压和蒸发热之间的关系，但不能给出某液体的实际蒸汽压的数值是多少。 2.只讲可能性，不讲现实性，不知道反应的机理、速率。 三、热力学中的一些基本概念 1.系统与环境 系统：用热力学方法研究问题时，首先要确定研究的对象，将所研究的一部分物质或空间，从其余的物质或空间中划分出来，这种划定的研究对象叫体系或系统 (system)。 环境：系统以外与系统密切相关的其它部分称环境(surrounding 注意： 1.体系内可有一种或多种物质，可为单相或多相，其空间范围可以是固定或 随过程而变。 2.体系和环境之间有分界，这个分界可以是真实的，也可以是虚构的，既可 以是静止的也可以是运动的。 根据体系与环境的关系将体系区分为三种：

热力学基本概念和公式word版本

第一章热力学基本概念 一、基本概念 热机：可把热能转化为机械能的机器统称为热力发动机，简称热机。工质：实现热能与机械能相互转换的媒介物质即称为工质。 热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分割开来，这种人为分割的研究对象，称为热力系统。 边界：系统与外界得分界面。 外界：边界以外的物体。 开口系统：与外界有物质交换的系统，控制体（控制容积）。 闭口系统：与外界没有物质的交换，控制质量。 绝热系统：与外界没有热量的交换。 孤立系统：与外界没有任何形式的物质和能量的交换的系统。 状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况。 平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变，系统内外同时建立热和力的平衡，这时系统的状态就称为热力平衡状态。 状态参数：温度、压力、比容（密度）、内能、熵、焓。 强度性参数：与系统内物质的数量无关，没有可加性。 广延性参数：与系统同内物质的数量有关，具有可加性。 准静态过程：过程进行的非常缓慢，使过程中系统内部被破坏了的平衡有足够的时间恢复到新的平衡态，从而使过程的每一瞬间系统内部的状态都非常接近于平衡状态。

可逆过程：当系统进行正反两个过程后，系统与外界都能完全回复到出示状态。 膨胀功：由于系统容积发生变化（增大或者缩小）而通过系统边界向外界传递的机械功。（对外做功为正，外界对系统做功为负）。 热量：通过系统边界向外传递的热量。 热力循环：工质从某一初态开始，经历一系列中间过程，最后又回到初始状态。 二、基本公式 ??=-=02112dx x x dx 理想气体状态方程式： RT pV m = 循环热效率 1 q w net t =η 制冷系数 net w q 2=ε 第二章 热力学第一定律 一、基本概念 热力学第一定律：能量既不能被创造，也不能被消灭，它只能从一种形式转换成另一种形式，或从一个系统转移到另一个系统，而其总量保持恒定。

热力学重要概念考点题型

热力学重要概念和考点 ★一般重要★★尤其重要★★★特别重要★★★★极其重要 ★★★什么是平衡态？如何描述平衡态？简单系（物质的量不变的均匀系）有几个独立参量？ 【解析】当描述系统各种宏观性质的物理量（即热力学量或宏观物理量）取得定值，且不随时间变化时，我们称系统处于平衡态。反过来，当系统处于某个特定的平衡态时，系统的一切热力学量取得特定值，不随时间变化（除非平衡被打破）。平衡态可以用状态参量或状态函数来描述。所谓状态参量就是我们选择用来描述系统状态的热力学量，而状态函数通常指较为复杂或较为抽象的热力学量，常常用较简单参量的函数来表示，故称为状态函数（热力学中温度T、内能U、焓H、熵S、自由能F，吉布斯函数G这几个热力学量常常被看作其他参量的函数，其中温度也常常被看作简单参量。事实上状态参量和状态函数并无本质的区别，简单参量同样可以表示为复杂参量的函数，因此我们又将状态参量和状态函数统称为系统的状态量）。对于特定的系统要充分描述系统的状态，需要使用特定数目的状态参量。对简单系，只需两个独立参量就可以充分描述系统状态；而其它的状态参量或状态函数总可以表示为这两个独立参量的二元函数。 ★温度的宏观定义，建立该定义的依据是什么？ 温度是一切互为热平衡系统的公共属性，即一切互为热平衡的系统具有相同的温度。依据是热力学第零定律（表述略）。 ★写出气体定容温度计的实际气体经验温标和理想气体温标的形式。理想气体温

标和热力学温标的关系。 略 ★★★理想气体物态方程和1mol范氏气体的物态方程。导出范氏气体摩尔内能的函数表达式（以T，V m为独立参量） 【解析】 要求记忆！特别提醒要记的是1mol范氏气体，n mol的既难记又没有用处！ 【提示】导出范氏气体摩尔内能的函数表达式 先写出摩尔内能的全微分，第二项偏导数用能态方程表出，根据物态方程计算有关偏导数，化简后，积分。 ★★★内能、热量、功的概念和闭系的热力学第一定律的表达式（微元表达式和常见表达式）。 【解析】内能是系统内部一切形式能量的总和，其定义是ΔU=W s，其中W s为绝热功。焦耳大量热功当量实验的结果表明：在绝热条件下，外界对系统的做功量仅与系统的初态和终态有关，与过程的具体细节无关。这一结论表明，系统一定存在某种状态函数，绝热功可以表示为这一函数在终态和初态的函数值之差，这一函数就是（系统的）内能。内能的重要性质：内能是状态函数（与过程无关），内能是广延量（其他因素不变时，与物质的量成正比）。 一个封闭系统（物质的量不变的系统），系统和外界之间不存在物质交换，但可以存在能量交换，实验表明能量交换的方式只存在两种。其中因系统和外界之间