纯物质的自由能

微观组织热力学：纯物质的自由能学习思路总结

纯物质的自由能

• 与微观组织有关的能量
  • 单位
    • SI制 J
    • cgs单位制 1 erg（尔格）=10*-7 J
    • 1 cal=4.1840 J
    • 1 eV=9.648×10*4 J
  • 原子与分子的内能和宏观能量
    • 内能
      • 构成物质的原子或分子的动能与原子间结合能位能的总和
      • 构成物质的原子或分子的动能与原子间结合能位能的总和
      • 气体分子的内能 U=(3/2)PV =(3/2)RT（伯努利方程）
        • 推导过程
    • 宏观能量
      • 内能U加上PV成为另外一个能量函数H，被称作焓。（H=U+PV）
        • 定压 △Q=△U+P△V=△H
        • 定容 △Q=△U
          • 定容热容和定压热容的温升问题 定压 △Q=△H=（5/2）R△T 定容 △Q=△U=（3/2）R△T* △T*=（5/3）△T
  • 热容
    • 使物质的温度上升1K所需要的热量
    • 定容热容
    • 定压热容
  • 相变焓
    • 例：水变为水蒸气的相变焓
    • 一定压力、温度下，系统发生相变时与环境交换的热量称为相变热或潜热
    • 熔化焓
      • △Hm≈RTm【理查德定律】
    • 气化焓
      • △Hb≈92Tb【特鲁顿定律】
• 熵和自由能
  • △S=△Q/T(△Q是准静态过程吸收的热量)
  • 热平衡时的稳定条件
    • 固体、液体和气体在高温和低温下的稳定性比较
    • G=min
      • 等温等压条件
      • 例子：浴炉试样
      • 吉布斯自由能和定压热容的关系
        • 关系的推导
  • 玻尔兹曼关系式
    • S=klnW (k玻尔兹曼常数；W构成系统原子集合体的微观组态数)
    • 微观组态数
      • 排列组合问题
      • 斯特令公式
      • 例子：小球分堆
    • M-B统计（吉布斯自由能最低的分布状态）
      • 例子：M-B统计的公式推导
      • 例子：晶体中的平衡空位浓度
  • 玻尔兹曼关系式
    • S=klnW (k玻尔兹曼常数；W构成系统原子集合体的微观组态数)
    • 微观组态数
      • 排列组合问题
      • 斯特令公式
      • 例子：小球分堆
    • M-B统计（吉布斯自由能最低的分布状态）
      • 例子：M-B统计的公式推导
      • 例子：晶体中的平衡空位浓度
• 晶体热振动的统计热力学
  • 热振动能量
    • 不考虑量子化
      • 杜隆-帕替公式的推导
    • 考虑量子化
      • 3个假设
      • 爱因斯坦模型推导
      • 例子：低温和高温下的热振动能量分布
  • 热振动熵和自由能
    • 亥姆霍兹自由能表达式的推导
• 磁性转变热力学
  • 磁性转变在普通结构钢中有着无法替代的意义（相变温度的停滞）
  • 铁磁性材料的磁畴组织
    • 定义
    • 静磁能
    • 磁畴壁
  • 磁化和磁性转变
    • 磁化机制
    • 磁性转变
      • 定义
      • 例子：伊辛模型
  • 纯铁A3点的相变热力学
    • A3点相变的描述
    • 例子：Tc温度下发生的相变
• 非晶相的自由能
  • 非晶态固体或玻璃相
  • 处于亚稳相
  • 例子：张力值的计算
• • 推导过程
    • 课本上的理想气体的定压及定容热容的梅耶关系的推导