第七章热力学统计物理 (2)按系统状态的进行的特征 等体过程—体积不变。 等压过程——压强不变 等温过程—温度不变。 绝热过程—与外界无热量交换。 (3)按系统变化的中间的状态是否平衡态 准静态过程—中间各状态也是平衡态: quasi static Process 非准静态过程—中间各状态不是平衡态: NonEquilibrium state 2.准静态过程和非静态过程 )非静态过程 设:系统由某一平衡态开始变化,状态的变化必然要破坏平衡。在一定的条件下,原来的平衡态被破 坏后还需要经过一段时间才能达到新的平衡。这段时间称为驰豫时间。如果过程进行的较快 在还未达到新的平衡时又开始了下一步的变化,即系统经历的是一系列的非平衡态。这样的过 程称为非平衡过程。作为中间态的非平衡态通常不能用状态参量来描述 2)准静态过程:(也叫平衡过程) 当一个过程进行的时间比驰豫时间大得多时,即过程进行得无限缓慢,使得每一个状态都 达到平衡态,此过程可认为是准静态过程。例如,推进活塞压缩气缸中的气体,驰豫时间为 103秒。如果压缩一次所用的时间为1秒,则可以认为是准静态过程。准静态过程是一种理想 化的过程,是实际过程无限缓慢进行的极限情形和没有摩擦阻力的理想条件 显然作为准静态过程的中间状态(平衡态),可以用一组状态参量来描述,对于简单系统 前面已讨论过可用PV图上的一点来表示这些平衡态。系统的准静态变化过程可用pV图上的一条曲线 表示,称之为过程曲线。准静态过程是一种理想的极限,但作为热力学的基础,我们要首先着重讨论它。 3)说明: (1)准静态过程是理想化的过程 (2)准静态过程可以用P一V图上的一条曲线来表示 (3)对于非平衡态,在图上的同一点上有不同的P(不均匀),所以无法确定 、内能——态函数(状态量) 态函数 任何一个物理量,只要它是描写状态的、是状态的单值函数,则这个物理量就是态函数,态函数的增 量,只决定系统的初态和末态,与过程无关。 2.内能( Internal Energy) 热力学系统内所有分子的动能和分子间相互作用势能的总和,称为热力学系统的内能。一般气体的内 能是温度和体积的函数,即E=f(T,V)。而V又可以通过P、T来描述,则E=f(T,P);T又是P V的函数,则E=f(V,P)。而T、V、P都是状态参量。由此可见,内能是状态的单值函数,在物理学中, 某一物理量只要是状态参量的单值函数,就把这个物理量称为态函数。所以内能是一个态函数 1)理想气体的内能 由上一章的讨论可知,理想气体的内能仅是温度的函数(这一规律也称为焦耳定律) E NkT RT 2M 2 M 2)理想气体内能的增量 系统内能的增量与系统起始与终了位置有关,而与系统所经历的过程无关 △E=E2-E1=MR(72-7) 例如一摩尔理想气体,温度由27°C升高到127°C,设是由(1)等容过程;(2)等压过程;(3)绝 热过程进行的。问在这三个过程中,理想气体的内能增加是否相同?