热学 主要参考书: 包科达编著《热物理学基础》(高等教育出版社,201) 赵凯华罗蔚因新概念物理教程《热学》(高等教育出版社, 1998) 参考书: Fermi, " Thermodynamics 答疑时间:周四下午230-4:30,地点:物理楼中楼324 考试方法:平时作业:30%,期中、期末考试:70%
热学 主要参考书： 包科达 编著 《热物理学基础》（高等教育出版社,2001) 赵凯华 罗蔚因 新概念物理教程 《热学》（高等教育出版社， 1998） Fermi, “Thermodynamics” 参考书： 考试方法：平时作业：30%，期中、期末考试：70%。 答疑时间：周四下午2:30 – 4:30, 地点：物理楼中楼324
目的 传授知识: 什么是热运动,热运动的微观本质,热运动的规律,热运动对 宏观物质的影响。核心:物质的状态方程,热力学第一、第二 定律。—干粮 科学方法:—猎枪 系统( system)的概念。系统,环境或介质。 把物体的某一部分或者空间某一确定的区域从事物中分割出来加以研究,这个对象 叫“系统” 理想化( idealize)的方法。抽象是科学家定量研究自然的基础。 从自然的复杂关系中人为地割断一些联系,从而抽象出一些理想化的系统,使问题简 化 演绎 deduction)的方法。所有的科学都是在几个有限的基本假 设上,通过演绎构建的。数学与科学的不同:实验检验
目的 传授知识： 什么是热运动，热运动的微观本质，热运动的规律，热运动对 宏观物质的影响。核心：物质的状态方程，热力学第一、第二 定律。——干粮 科学方法：——猎枪 系统 (system) 的概念。系统，环境或介质。 把物体的某一部分或者空间某一确定的区域从事物中分割出来加以研究，这个对象 叫“系统”。 理想化 (idealize) 的方法。抽象是科学家定量研究自然的基础。 从自然的复杂关系中人为地割断一些联系，从而抽象出一些理想化的系统，使问题简 化。 演绎 (deduction) 的方法。所有的科学都是在几个有限的基本假 设上，通过演绎构建的。数学与科学的不同：实验检验
热学的基本假设 宏观: 基本假设:状态方程,热力学低零、第一、第二、第三定律。 特点:唯象( phenomenology),可靠、普适( universal)。 微观: 基本假设:原子分子说(现在已经是事实),微观状态各态历 经,独立子系统微观状态等几率分布。 特点:基本(第一原理( first principle),理想化,近似 (approximation) 宏观与微观的关系:宏观量是微观量的统计平均。 例:气体的压强。宏观:单位面积上的正压力(确定);微观:单位时间内作用在 单位面积上的冲量(又涨落)
热学的基本假设 宏观： 基本假设：状态方程，热力学低零、第一、第二、第三定律。 特点：唯象 (phenomenology)，可靠、普适 (universal)。 微观： 基本假设：原子分子说(现在已经是事实），微观状态各态历 经，独立子系统微观状态等几率分布。 特点：基本（第一原理 (first principle)），理想化，近似 (approximation)。 宏观与微观的关系：宏观量是微观量的统计平均。 例：气体的压强。宏观：单位面积上的正压力（确定）；微观：单位时间内作用在 单位面积上的冲量（又涨落）
学习重点 热运动的本质。在物理中引入温度、热量等物理量,状 态方程等物理关系。 物质运动的统计规律性。怎样处理多体系统 牛顿三体问题。老子:道生一,一生二,二生三,三生无穷。 建立微观无序运动与宏观确定性运动之间的关系。 热力学第二定律。熵的起源(无序运动),微观本质(混乱 的度量),与物理意义(时间的单向性,时间反演对称破 缺) 基本工具: 物理:力学,牛顿定律;数学:微积分(偏微分),一些微分 方程的基础知识
学习重点 热运动的本质。在物理中引入温度、热量等物理量，状 态方程等物理关系。 物质运动的统计规律性。怎样处理多体系统。 牛顿三体问题。老子：道生一，一生二，二生三，三生无穷。 建立微观无序运动与宏观确定性运动之间的关系。 热力学第二定律。熵的起源（无序运动)，微观本质 （混乱 的度量），与物理意义（时间的单向性，时间反演对称破 缺）。 基本工具： 物理：力学，牛顿定律；数学：微积分（偏微分），一些微分 方程的基础知识
时间分配 Chap l:平衡态与状态方程 6课时 chap:平衡态系统的统计规律10课时 chapⅢ:近平衡态中的输运过程4课时 Chap M\:热力学第一定律 6课时 Chap V:热力学第二定律 8课时 Chap V:液体 5课时 chapⅦ:单元系统的复相平衡与 相变 6课时
时间分配 Chap I: 平衡态与状态方程 6 课时 Chap II: 平衡态系统的统计规律 10 课时 Chap III: 近平衡态中的输运过程 4 课时 Chap IV: 热力学第一定律 6 课时 Chap V: 热力学第二定律 8 课时 Chap VI: 液体 5 课时 Chap VII: 单元系统的复相平衡与 相变 6 课时
第一章:平衡态与状态方程 第一节状态参量与平衡态( State variable and equilibrium state) 、物质的微观结构 原子分子学说。所有“物质”都由“分子、原子”组成,它们的 线性尺度~01nm 分子:是组成物质的保持物质化学性质的最小单元,如:H2O,cO2,N2 原子:是组成单质和化合物的基本单元它由原子核和电子组成。 无序运动。物质分子处于不停顿的无规则运动状态。 不停顿:分子动量不为0;无规则:整体质心动量为0 例:空气中汽油分子的运动,整体:随风而动;热运动:各个方向、杂乱无章 实验证据:布朗运动。1827年R. Brown 布朗运动是布朗粒子在其周围分子无规则撞击下所作的无规则跳动
第一章：平衡态与状态方程 第一节状态参量与平衡态 (State variable and Equilibrium state) 一、物质的微观结构 原子分子学说。所有“物质”都由“分子、原子”组成，它们的 线性尺度~0.1 nm。 分子:是组成物质的保持物质化学性质的最小单元， 如：H2O, CO2 , N2 , … 原子:是组成单质和化合物的基本单元,它由原子核和电子组成。 无序运动。物质分子处于不停顿的无规则运动状态。 不停顿：分子动量不为0；无规则：整体质心动量为０。 例：空气中汽油分子的运动，整体：随风而动；热运动：各个方向、杂乱无章 实验证据：布朗运动。1827年R. Brown 布朗运动是布朗粒子在其周围分子无规则撞击下所作的无规则跳动
分子之间存在相互作用力 固体、液体很难压缩——分子之间存在排斥力自旋相关 气体冷却或压缩可以形成液体——分子之间存在吸引力库仑力 常见的分子力的形式,位势 F==-V 定义q(r→>∞)=0 ()=[F·d
分子之间存在相互作用力 固体、液体很难压缩——分子之间存在排斥力 自旋相关 气体冷却或压缩可以形成液体——分子之间存在吸引力 库仑力 常见的分子力的形式，位势 = dt = − dp F 定义 (r → ) = 0 = • r r F dr ( )
常见的分子之间的相互作用的形式有 刚球势 rsd P(r) 苏则朗势( Sutherland) f>0) 林纳德一琼斯势( Lennard-Jones) ()=4a24y2-(4y fa 般形式q(r)=2-2 0 s∈[9,15]t∈[4,7] 任友
常见的分子之间的相互作用的形式有 刚球势 = 0, , (r) r d r d 苏则朗势 (Sutherland) = ( ) , , ( ) 6 0 r d r r d r d 林纳德—琼斯势 (Lennard-Jones) 1 2 6 0 ( ) 4 ( ) ( ) r d r d r = − s t r r r ( ) = − s[9,15],t [4,7] 一般形式
热力学系统 定义: 作为研究对象的在给定范围内由大量微观粒子组成的物体 (或体系)。与之相对,能够对所研究的系统发生相互作用 的其他物体(或体系)称为外界(或环境)。 分类: 根据系统与外界的关系,可分为开放系,绝热系,封闭系 孤立系; 根据系统的组成成分,可分为单元系,多元系; 根据系统组成的均匀性,可分为单相系(均匀系)复相系 (非均匀系)
二、热力学系统 作为研究对象的在给定范围内由大量微观粒子组成 的物体 （或体系）。与之相对，能够对所研究的系统发生相互作用 的其他物体（或体系）称为外界（或环境）。 定义： 根据系统与外界的关系，可分为 开放系，绝热系，封闭系 孤立系； 根据系统的组成成分，可分为 单元系，多元系； 根据系统组成的均匀性，可分为 单相系（均匀系）复相系 （非均匀系）。 分类：
状态参量 定义:确定热力学系统状态的物理量称为系统的状态参量。 分类(已知) 几何状态参量: 广延量( extensive):长度(m),面积(m2A),体积(m3,V;强度量 ( intensive):单位物质所占的体积(vn) 力学状态参量: 广延量:重量(Kg,牛顿(N,Kgms2);强度量:密度(p=Kgm3,单位体积的 质量,压强(p=N/m2),单位面积所受的力。 化学状态参量 广延量:分子个数(N),mole:12g12c所含有的原子:6.022x102个;强度量: 单位体积所占有的分子个数 mole/m3),物理化学常用:M= moledo3
三、状态参量 定义：确定热力学系统状态的物理量称为系统的状态参量。 分类 （已知）： 几何状态参量： 广延量 (extensive)：长度(m)，面积 (m2 , A)，体积 (m3 , V)；强度量 (intensive)：单位物质所占的体积(Vm)。 力学状态参量： 广延量：重量 (Kg), 牛顿 (N, Kgm/s2 )；强度量：密度 (r=Kg/m3 )，单位体积的 质量，压强 (p=N/m2 )，单位面积所受的力。 化学状态参量： 广延量：分子个数 (N)，mole: 12 g 12C所含有的原子：6.022x1023个；强度量： 单位体积所占有的分子个数(mole/m3 ), 物理化学常用：M=mole/dm3