大学物理第三章热力学

包括热力学第零、第一、第二、第三定律等全部热力学内容。热力学第零定律与温度：无论有多少物体相互接触都能达到热平衡，且如果系统A与系统B分别与系统C的同一状态处于热平衡，那么A与B接触时，它们也必定处于热平衡而不发生新的变化。

热力学物理基础

• 热力学第零定律 与温度
  • 热平衡
  • 热力学第零定律
    • 无论有多少物体相互接触都能达到热平衡，且如果系统A与系统B分别与系统C的同一状态处于热平衡，那么A与B接触时，它们也必定处于热平衡而不发生新的变化。
  • 温度
    • 物体的冷热程度
    • 数值表示法：温标
      • 热力学（开尔文）温度T（K）
      • T=t+273.15
• 气体动理论
  • 发展概述
    • 阿伏加德罗定律：在相同的温度和压强下，相同容积所含任何气体的分子数（或物质的量）相等。
  • 气体分子的热运动
    • 基本概念
      • 气体是由大量分子（或原子）组成
      • 分子（原子）永不停息地做无规则运动
      • 分子（原子）之间有相互作用力（斥力、引力）
      • 气体的宏观性质就是大量分子运动的集体表现
      • 气体分子在相邻两次碰撞之间的运动可以看做是惯性支配下的自由运动
      • 碰撞可看作是完全弹性碰撞
    • 气体状态参量与态函数
      • 平衡状态
      • 态函数
    • 无序性与统计规律
      • 气体分子运动的无序性
      • 处于平衡状态的气体具有确定的各种状态参量（宏观量）
      • 大量无序的分子运动中包含着规律性
    • 分布函数概念
      • 归一化条件
    • 气体动理论的研究方法
      • 微观量→宏观量
  • 理想气体的压强与温度
    • 压强
    • 温度
  • 能量均分定律
    • 能量自由度与能量均分定理
      • 自由度 i ：确定物体空间状态所需要的独立坐标数
      • 能量均分定理
        • 气体处于平衡态时，分子的每一个自由度都具有相同的平均动能，其大小都等于1/2kT
    • 理想气体的内能
      • 一定质量的理想气体的内能E 就是它所包含的所有分子热运动动能之和
      • 只要温度的变化量相等，那么其内能的变化量就相等，而与过程无关
  • 麦克斯韦速率分布律
    • 麦克斯韦速率分布函数
      • 麦克斯韦速率分布函数 （速率v的概率密度函数）
      • 麦克斯韦速率分布率
    • 三种统计速率
      • 统计平均值， 反映了大量分子热运动的统计规律
    • 平均自由程 与 平均碰撞频率
      • 碰撞频率
        • 一个分子单位时间内和其他分子碰撞的次数
      • 平均碰撞频率
      • 分子运动的自由程
        • 一个分子在任意连续碰撞之间是自由的惯性运动，此自由运动的路程
      • 平均自由程
• 热力学第一定律
  • 热传递 能量总值保持不变
  • 热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。
    • 第一类永动机是不可能造成的。
  • 建立
  • 数学表达式
    • 内能 功 热量
      • 内能E
        • 状态量
      • 功A
      • 热量Q
      • 过程量
    • 准静态过程中的体积功
      • 准静态过程
        • 弛豫时间
          • 从一个平衡态被破坏到另一个平衡态建立所需要的时间
        • 是理想过程
          • 是实际过程无限缓慢进行时的极限情况
        • 实际过程中，除爆炸、自由膨胀等很快的过程，一般都可以看作准静态过程
      • 准静态过程中的体积功表示
        • 气体对活塞做的元功 dA=pSdl=pdV
  • 在典型准静态过程中的热力学第一定律
    • 等体过程
      • 摩尔定体热容
      • 无论过程如何，一定量理想气体内能的增量都是
    • 等压过程
      • 摩尔定压热容
        • 迈耶公式
      • （等压过程）功=等压线下的矩形面积
      • 摩尔热容比
    • 等温过程
      • △E＝0 吸收的热量全部用于对外做功
    • 绝热过程
      • 绝热过程中理想气体状态变化规律
        • 准静态绝热过程的过程方程
        • 绝热线比等温线更陡
        • Q=0 内能的减少=系统对外做的功
      • 绝热自由膨胀过程
        • 快，所以是非准静态绝热过程
    • 循环过程
      • 正循环 逆循环
      • △E=0，Q=A
      • 正循环与热机效率
        • 正循环过程Q=Q1-Q2(无其他耗散情况) 高温热源吸收热量Q1 低温热源释放热量-Q2
        • 热机效率
          • 表明热机吸收的热量中有多少转变为机械能
• 热力学第二定律 与熵
  • 建立
  • 宏观表述
    • 自然过程的方向性
      • 可逆过程和不可逆过程
        • 无限缓慢进行的无摩擦等耗散因素的准静态过程是可逆过程
        • 自然界中一切与热现象相关的实际过程都是不可逆过程
      • 自然过程不可逆性的互相依存
      • 热力学第二定律的两种语音表述及微观意义
        • 开尔文表述
          • 不可能制作出这样一种热机，它只使单一热源冷却来做功，而不放出热量给其他物体或不使外界发生任何变化。
        • 克劳修斯表述
          • 不可能把热量从低温物体自动传到高温物体而不引起外界的变化
  • 数学表示：熵增原理
    • 克劳修斯熵公式
      • 态函数熵
        • 系统经历任意一个可逆循环后，其热温比总和为零。
        • 可逆过程的热温比的积分与过程无关，只决定于初末状态。
      • 熵变的计算
        • 系统的熵变=各部分的熵变之和（代数和）
    • 孤立系的熵变
      • 不可逆过程
      • 可逆过程
      • 熵增原理：孤立系的熵永不减少
  • 统计意义
    • 无序度与微观状态数
      • 系统在平衡态时无序度达到极大
    • 热力学概率与玻尔兹曼熵
      • 孤立系中所进行的自然过程总是沿着熵增大的方向进行，可逆过程时熵不变
    • 玻尔兹曼熵与克劳修斯熵的等价关系
    • 熵概念的泛化
• 热力学第三定律
  • 绝对零度
  • 不可能通过有限的循环过程，使物体温度冷到决定零度 （绝对零度永远不可能达到）