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热力学与统计物理

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热力学与统计物理

第一章 热 力 学 的 基 本 规 律

热力学的均衡状态

⑴热力学的研究对象是由大批微观粒子构成的有限宏观系统 . 与系统发生互相作用的其余物体称为外界 .

依据系统与外界的互相作用状态，可将系统分为以下三种：

①孤立系：与外界既不发生质量互换，也不发生能量互换的系统；

②闭系：可与外界发生能量互换，而不发生质量互换的系统；

③开系：可与外界发生能量、质量互换的系统 .

⑵热力学均衡态：当一个孤立系经过足够长的时间，将会达到这样一种状态，在这类状态下，系统的各样宏观性质在

长时间内部发生变化，称之为热力学均衡态 .

⑶状态参量：在热力学均衡态下，系统的各样宏观性质不再变化而拥有固定值，用这些固定值就能够确立系统的宏观状态 .

一般状况下，描绘一个系统的状态参量有：热学参量（温度 T ）、几何参量（体积 V ）、力学参量（压强 p ）和电磁

参量（ D、H ）.

物态方程⑴描绘系统的状态参量之间关系的方程称为物态方程，以简单的固液气系统为例，其物态方程可表示为：此外，定义几个与物态方程有关的物理量：

①等压膨胀系数：

②等容压力系数：



V V T

p p T



；

p

；

V

③等温压缩系数： k



1 V



.

V p



T

依据物态方程，可得关系式：

V

p

T

1;

p

TT V

V

p

故可得三个系数之间的关系为：

k p .

⑵气体的物态方程

①理想气体状态方程： pV Nk BT .

②实质气体的范德瓦尔斯方程：

p

an2

V

nb

nRT ，

V 2

此中 an2 为压强修正项， nb 是体积修正项。

V 2

⑶简单固体与液体的物态方程

对于简单固体和液体，可经过实验测得体胀系数

和等温压缩系数

k ，它们的特色以下：