No.01_熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理20110829

1、 關(guān)于熱現(xiàn)象的理論關(guān)于熱現(xiàn)象的理論9497 中學(xué)中學(xué) 衡水中學(xué)衡水中學(xué)9701 本科本科 河北師范大學(xué)河北師范大學(xué)0104 碩士碩士 河北師范大學(xué)河北師范大學(xué)0407 博士博士 山東大學(xué)山東大學(xué)07 河北師范大學(xué)河北師范大學(xué)學(xué)習(xí)和工作經(jīng)歷學(xué)習(xí)和工作經(jīng)歷承擔(dān)教學(xué)任務(wù)承擔(dān)教學(xué)任務(wù)熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理、計(jì)算物理學(xué)、普通物理學(xué)熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理、計(jì)算物理學(xué)、普通物理學(xué)理論物理專業(yè)理論物理專業(yè) 副教授副教授 碩士生導(dǎo)師碩士生導(dǎo)師 研究領(lǐng)域： 有機(jī)共軛聚合物有機(jī)共軛聚合物 導(dǎo)電、發(fā)光、磁性導(dǎo)電、發(fā)光、磁性 非線性光學(xué)、振動(dòng)特性非線性光學(xué)、振動(dòng)特性 有機(jī)自旋電子學(xué)有機(jī)自旋電子學(xué) 非平衡量子輸運(yùn)非平衡量子輸運(yùn)低維凝

2、聚態(tài)理論 關(guān)于熱現(xiàn)象的理論關(guān)于熱現(xiàn)象的理論大量大量微觀粒子微觀粒子組成的組成的. .無規(guī)則的無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)熱運(yùn)動(dòng) 熱運(yùn)動(dòng)決定熱運(yùn)動(dòng)決定熱現(xiàn)象熱現(xiàn)象. .熱運(yùn)動(dòng)的規(guī)律熱運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及熱運(yùn)動(dòng)對(duì)及熱運(yùn)動(dòng)對(duì)物質(zhì)宏觀性質(zhì)物質(zhì)宏觀性質(zhì)的影響的影響宏觀物體系統(tǒng)宏觀物體系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)物理統(tǒng)計(jì)物理宏觀唯象宏觀唯象理論理論 微觀本質(zhì)微觀本質(zhì)理論理論 觀測(cè)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)分析實(shí)驗(yàn)分析基礎(chǔ)：基礎(chǔ)：熱力學(xué)三定律熱力學(xué)三定律數(shù)學(xué)方法數(shù)學(xué)方法 演繹演繹宏觀物性宏觀物性從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)考慮微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)考慮微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)把熱力學(xué)三個(gè)相互獨(dú)立的把熱力學(xué)三個(gè)相互獨(dú)立的定律歸結(jié)于一個(gè)基本的統(tǒng)定律歸結(jié)于一個(gè)基本的統(tǒng)計(jì)原理

3、計(jì)原理,闡明三個(gè)定律的闡明三個(gè)定律的統(tǒng)計(jì)意義。統(tǒng)計(jì)意義。宏觀物理量是微觀量的宏觀物理量是微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值統(tǒng)計(jì)平均值.熱力學(xué)熱力學(xué)熱現(xiàn)象熱現(xiàn)象歸納歸納基本假設(shè)：等概率原理基本假設(shè)：等概率原理（第一性公理第一性公理）宏觀唯象宏觀唯象理論理論 微觀本質(zhì)微觀本質(zhì)理論理論結(jié)論與物質(zhì)的具體結(jié)構(gòu)結(jié)論與物質(zhì)的具體結(jié)構(gòu)無關(guān)；無關(guān)；不考慮物質(zhì)的不考慮物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu), ,把物質(zhì)看成連續(xù)體把物質(zhì)看成連續(xù)體, ,用連用連續(xù)函數(shù)續(xù)函數(shù)表達(dá)物質(zhì)的性質(zhì)表達(dá)物質(zhì)的性質(zhì), ,因此不能解釋宏觀性質(zhì)因此不能解釋宏觀性質(zhì)的漲落的漲落. .普適性普適性宏觀物理量是微宏觀物理量是微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值；觀量的統(tǒng)計(jì)平均值；局限性：局限

4、性：模型的簡(jiǎn)化帶模型的簡(jiǎn)化帶來的理論結(jié)果的近似性來的理論結(jié)果的近似性優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：從一個(gè)基本的統(tǒng)計(jì)原理從一個(gè)基本的統(tǒng)計(jì)原理出發(fā)出發(fā), ,闡明熱力學(xué)三個(gè)闡明熱力學(xué)三個(gè)定律的統(tǒng)計(jì)意義定律的統(tǒng)計(jì)意義, ,深入深入熱運(yùn)動(dòng)本質(zhì)；可以解釋熱運(yùn)動(dòng)本質(zhì)；可以解釋漲落現(xiàn)象；漲落現(xiàn)象；對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)抽象簡(jiǎn)化后對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)抽象簡(jiǎn)化后, ,可研究具體物質(zhì)的特性可研究具體物質(zhì)的特性. .Cha 1-5Cha 6-11微觀粒子微觀粒子觀察和實(shí)驗(yàn)觀察和實(shí)驗(yàn)出出 發(fā)發(fā) 點(diǎn)點(diǎn)熱力學(xué)驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)物理學(xué)，統(tǒng)計(jì)物理學(xué)揭示熱熱力學(xué)驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)物理學(xué)，統(tǒng)計(jì)物理學(xué)揭示熱力學(xué)本質(zhì)力學(xué)本質(zhì)二者關(guān)系二者關(guān)系無法自我驗(yàn)證無法自我驗(yàn)證不深刻不深刻缺缺 點(diǎn)點(diǎn)揭露本質(zhì)

5、揭露本質(zhì)普遍，可靠普遍，可靠?jī)?yōu)優(yōu) 點(diǎn)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)平均方法統(tǒng)計(jì)平均方法力學(xué)規(guī)律力學(xué)規(guī)律總結(jié)歸納總結(jié)歸納邏輯推理邏輯推理方方 法法微觀量微觀量宏觀量宏觀量物物 理理 量量熱現(xiàn)象熱現(xiàn)象熱現(xiàn)象熱現(xiàn)象研究對(duì)象研究對(duì)象微觀理論微觀理論（統(tǒng)計(jì)物理學(xué)）（統(tǒng)計(jì)物理學(xué)）宏觀理論宏觀理論（熱力學(xué)）（熱力學(xué)）熱力學(xué)熱力學(xué).統(tǒng)計(jì)物理在前沿領(lǐng)域的應(yīng)用統(tǒng)計(jì)物理在前沿領(lǐng)域的應(yīng)用3He/4He的稀釋制冷和激光制冷；的稀釋制冷和激光制冷；非線性不可逆過程和耗散結(jié)構(gòu)；非線性不可逆過程和耗散結(jié)構(gòu)；相變理論和臨界現(xiàn)象；相變理論和臨界現(xiàn)象；Bose-Einstein凝聚；凝聚；-90-90年以來相關(guān)的諾貝爾物理獎(jiǎng)年以來相關(guān)的諾貝爾物理獎(jiǎng)199

6、6年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)康奈爾大學(xué)的年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)康奈爾大學(xué)的戴維戴維.李李美國(guó)加利福尼亞州斯坦福大學(xué)的美國(guó)加利福尼亞州斯坦福大學(xué)的奧謝羅夫和里查森奧謝羅夫和里查森以表以表彰他們發(fā)現(xiàn)了氦彰他們發(fā)現(xiàn)了氦-3中的超流動(dòng)性。中的超流動(dòng)性。氦氦3的超流動(dòng)性的超流動(dòng)性(David M.Lee,1931- )(Douglas D.Osheroff,1945-) （Richard C.Richardson,1937-)發(fā)現(xiàn)氦的同位素發(fā)現(xiàn)氦的同位素3He在絕對(duì)零度之上約在絕對(duì)零度之上約0.002K時(shí)變?yōu)闀r(shí)變?yōu)槌黧w。超流體。 9.8 液液4He性質(zhì)和性質(zhì)和朗道超流理論朗道超流理論 P280溫度趨于

7、絕對(duì)零度，液體中原子突然失去隨機(jī)運(yùn)動(dòng)特溫度趨于絕對(duì)零度，液體中原子突然失去隨機(jī)運(yùn)動(dòng)特性，以有序方式運(yùn)動(dòng)，液體失去內(nèi)摩擦。量子液體性，以有序方式運(yùn)動(dòng)，液體失去內(nèi)摩擦。量子液體-90-90年以來相關(guān)的諾貝爾物理獎(jiǎng)年以來相關(guān)的諾貝爾物理獎(jiǎng) 1997年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)斯坦福大學(xué)的年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)斯坦福大學(xué)的朱棣文朱棣文，法國(guó)法蘭西學(xué)院和高等師范學(xué)院的法國(guó)法蘭西學(xué)院和高等師范學(xué)院的科恩科恩-塔諾季和塔諾季和威威廉廉菲利普斯菲利普斯以表彰他們?cè)诎l(fā)展用激光冷卻和陷俘原以表彰他們?cè)诎l(fā)展用激光冷卻和陷俘原子的方法方面做的貢獻(xiàn)。子的方法方面做的貢獻(xiàn)。激光冷卻和陷俘原子激光冷卻和陷俘原子(Stephe

8、n Chu,1933-),(Claude Cohen Tannoudji, 1933) (William D.Phillips,1948-)江蘇省太倉(cāng)縣江蘇省太倉(cāng)縣 達(dá)到萬分之一絕對(duì)溫度的激光束冷卻氣體，原子一旦達(dá)到萬分之一絕對(duì)溫度的激光束冷卻氣體，原子一旦陷入速度變得非常緩慢，容易俘獲。陷入速度變得非常緩慢，容易俘獲。觀察油田內(nèi)層、勘探海底，底層礦物、解讀觀察油田內(nèi)層、勘探海底，底層礦物、解讀DNA-90-90年以來相關(guān)的諾貝爾物理獎(jiǎng)年以來相關(guān)的諾貝爾物理獎(jiǎng)1998年諾貝爾物學(xué)理獎(jiǎng)授予美國(guó)斯坦福大學(xué)的年諾貝爾物學(xué)理獎(jiǎng)授予美國(guó)斯坦福大學(xué)的勞克林勞克林，美國(guó)哥倫比亞大學(xué)與新澤西州貝爾實(shí)驗(yàn)室的美國(guó)

9、哥倫比亞大學(xué)與新澤西州貝爾實(shí)驗(yàn)室的施特默施特默和和美國(guó)普林斯頓大學(xué)電氣工程系的美國(guó)普林斯頓大學(xué)電氣工程系的崔琦崔琦表彰他們發(fā)現(xiàn)了表彰他們發(fā)現(xiàn)了一種具有一種具有分?jǐn)?shù)電荷激發(fā)狀態(tài)的新型量子電流分?jǐn)?shù)電荷激發(fā)狀態(tài)的新型量子電流，這種狀，這種狀態(tài)起因于所謂的分?jǐn)?shù)量子霍耳效應(yīng)。這是繼高溫超導(dǎo)態(tài)起因于所謂的分?jǐn)?shù)量子霍耳效應(yīng)。這是繼高溫超導(dǎo)之后凝聚態(tài)物理學(xué)又一項(xiàng)嶄新課題。之后凝聚態(tài)物理學(xué)又一項(xiàng)嶄新課題。分?jǐn)?shù)量子霍耳效應(yīng)分?jǐn)?shù)量子霍耳效應(yīng)(Robert B. Laughlin,1950-)(Horst L.Stormer,1949-)(Daniel C.Tsui,1939-),楊振寧、李政道、丁肇中、李遠(yuǎn)哲、朱棣

10、文 河南省寶豐縣河南省寶豐縣肖旗鄉(xiāng)范莊村肖旗鄉(xiāng)范莊村 低溫低溫(1K)(1K)強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)磁場(chǎng)(15T)(15T)-90-90年以來相關(guān)的諾貝爾物理獎(jiǎng)年以來相關(guān)的諾貝爾物理獎(jiǎng)2001年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)為美國(guó)科羅拉多大學(xué)的埃里年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)為美國(guó)科羅拉多大學(xué)的埃里克克康奈爾教授、美國(guó)麻省理工學(xué)院的沃爾夫?qū)的螤柦淌?、美?guó)麻省理工學(xué)院的沃爾夫?qū)颂乜颂乩战淌诤兔绹?guó)科羅拉多大學(xué)的卡爾勒教授和美國(guó)科羅拉多大學(xué)的卡爾維曼教授維曼教授. 他們的主要研究工作為原子物理領(lǐng)域中的他們的主要研究工作為原子物理領(lǐng)域中的稀薄稀薄堿性原子氣體的玻色愛因斯坦冷凝態(tài)的研究堿性原子氣體的玻色愛因斯坦冷凝態(tài)的研究和和對(duì)冷對(duì)冷凝物的

11、早期基礎(chǔ)研究工作凝物的早期基礎(chǔ)研究工作。玻色愛因斯坦凝聚玻色愛因斯坦凝聚(Eric A.Cornell)(Wolfgang Ketterle)(Carl E. Wieman)讓無數(shù)原子“齊聲歌唱” 當(dāng)溫度足夠低、原子的運(yùn)動(dòng)速度足夠慢時(shí)，它們將集聚到能量最低的同一量子態(tài)。此時(shí)，所有的原子就象一個(gè)原子一樣，具有完全相同的物理性質(zhì)。在理論提出70年之后，2001年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者就從堿金屬原子形成冷凝態(tài)得實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了這一現(xiàn)象（在1995年）。8.3 玻色愛因斯坦凝聚玻色愛因斯坦凝聚 P230-90-90年以來相關(guān)的諾貝爾物理獎(jiǎng)年以來相關(guān)的諾貝爾物理獎(jiǎng)2003年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)表彰在超導(dǎo)和超流體領(lǐng)域中做出

12、年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)表彰在超導(dǎo)和超流體領(lǐng)域中做出的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)。的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)。第第II類超導(dǎo)體與類超導(dǎo)體與3He超流理論超流理論萊格特（萊格特（Leggett）認(rèn)為）認(rèn)為He-3原子會(huì)象超導(dǎo)原子會(huì)象超導(dǎo)BCS理論中的電子理論中的電子一樣進(jìn)行配對(duì)，從而導(dǎo)致一樣進(jìn)行配對(duì)，從而導(dǎo)致He-3超流現(xiàn)象。超流現(xiàn)象。磁場(chǎng)可以進(jìn)入第II類超導(dǎo)體內(nèi)部，超導(dǎo)與磁場(chǎng)是可以共存的，這意味著第II類超導(dǎo)體可以在更高的磁場(chǎng)下保持超導(dǎo)狀態(tài)。超流現(xiàn)象：低溫下液體完全失去粘性，是低溫物理學(xué)中一種有趣的現(xiàn)象。9.8 朗道超流理論朗道超流理論黑體形態(tài)黑體形態(tài)和宇宙微波背景輻射和宇宙微波背景輻射-90-90年以來相關(guān)的諾貝爾物理獎(jiǎng)年以來相

13、關(guān)的諾貝爾物理獎(jiǎng)Mather-Smoot2006年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)科學(xué)家年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)科學(xué)家約翰約翰馬瑟馬瑟和和喬治喬治斯穆特，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射斯穆特，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的黑體形式和各向異性。的黑體形式和各向異性。 2.6 熱輻射的熱力學(xué)理論主要參考書目：主要參考書目：1. 王竹溪王竹溪,熱力學(xué)簡(jiǎn)程熱力學(xué)簡(jiǎn)程, 人民教育出版社人民教育出版社, 1964（第一版）（第一版）.2. 王竹溪王竹溪,統(tǒng)計(jì)物理導(dǎo)論統(tǒng)計(jì)物理導(dǎo)論,高等教育出版社高等教育出版社,1965 （第二版）（第二版）.3. 林宗涵，林宗涵，熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理北京大學(xué)出版社北

14、京大學(xué)出版社4. 蘇汝鏗：蘇汝鏗：統(tǒng)計(jì)物理學(xué)統(tǒng)計(jì)物理學(xué),高等教育出版社高等教育出版社.5. 鐘云霄鐘云霄,熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理,科學(xué)出版社科學(xué)出版社,19886. W.顧萊納顧萊納,L.奈斯奈斯,H.斯托克：熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)斯托克：熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué), Splinger-Verlag7. 梁希俠、班士良梁希俠、班士良, 統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)熱力學(xué), 內(nèi)蒙古大學(xué)出版社內(nèi)蒙古大學(xué)出版社, 2000年出版年出版（The Fundamental Concepts and Laws of Thermodynamics）1.1 熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)及其描述熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)及其描述1. 熱力學(xué)系

15、統(tǒng)熱力學(xué)系統(tǒng): 熱力學(xué)研究對(duì)象，熱力學(xué)研究對(duì)象， 大量微觀粒子組成宏觀物體。大量微觀粒子組成宏觀物體。外界外界:與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其它物體。與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其它物體。系統(tǒng)的分類：系統(tǒng)的分類：(根據(jù)系統(tǒng)與外界發(fā)生相互作用的情況根據(jù)系統(tǒng)與外界發(fā)生相互作用的情況)孤立系：與其它物體沒有任何相互作用的系統(tǒng)。孤立系：與其它物體沒有任何相互作用的系統(tǒng)。有無能量交換有無能量交換 有無物質(zhì)交換有無物質(zhì)交換系統(tǒng)種類系統(tǒng)種類無無無無孤立系孤立系有有無無閉系閉系有有有有開系開系絕對(duì)意義上的孤立系統(tǒng)并不存在，對(duì)系統(tǒng)絕對(duì)意義上的孤立系統(tǒng)并不存在，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量要求外界對(duì)系統(tǒng)施加作用，并從系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量要求外界對(duì)系統(tǒng)

16、施加作用，并從系統(tǒng)取得反饋信息，這就破壞了系統(tǒng)的孤立性。取得反饋信息，這就破壞了系統(tǒng)的孤立性。孤立系統(tǒng)的進(jìn)一步說明：孤立系統(tǒng)的進(jìn)一步說明： 當(dāng)系統(tǒng)與外界的相互作用十分微弱，其相當(dāng)系統(tǒng)與外界的相互作用十分微弱，其相互作用能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)本身的能量、可以忽互作用能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)本身的能量、可以忽略不計(jì)時(shí)，我們就可以把系統(tǒng)看成孤立系統(tǒng)。略不計(jì)時(shí)，我們就可以把系統(tǒng)看成孤立系統(tǒng)。孤立系統(tǒng)：一個(gè)理想的極限概念！孤立系統(tǒng)：一個(gè)理想的極限概念！ 一個(gè)孤立系統(tǒng)，經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，一個(gè)孤立系統(tǒng)，經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，系統(tǒng)的各種宏觀性質(zhì)在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不發(fā)生任何系統(tǒng)的各種宏觀性質(zhì)在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不發(fā)生任何變 化 ， 這 種 狀

17、 態(tài) 稱 為 熱 力 學(xué) 平 衡 態(tài) 。變 化 ， 這 種 狀 態(tài) 稱 為 熱 力 學(xué) 平 衡 態(tài) 。2. 熱力學(xué)平衡態(tài)：熱力學(xué)平衡態(tài)：長(zhǎng)短由趨向平衡的過程的性質(zhì)決定長(zhǎng)短由趨向平衡的過程的性質(zhì)決定. .說明：說明：1) 1) 弛豫時(shí)間弛豫時(shí)間: : 初始狀態(tài)達(dá)到平衡狀態(tài)所經(jīng)歷的時(shí)間。初始狀態(tài)達(dá)到平衡狀態(tài)所經(jīng)歷的時(shí)間。例如：擴(kuò)散現(xiàn)象中，氣體僅需要幾分鐘，固體中例如：擴(kuò)散現(xiàn)象中，氣體僅需要幾分鐘，固體中可達(dá)數(shù)小時(shí)、數(shù)星期甚至更長(zhǎng)時(shí)間?？蛇_(dá)數(shù)小時(shí)、數(shù)星期甚至更長(zhǎng)時(shí)間。 2) 2) 熱動(dòng)平衡：熱動(dòng)平衡：大量微觀粒子仍在不斷的運(yùn)動(dòng)之中大量微觀粒子仍在不斷的運(yùn)動(dòng)之中, ,只是只是這些微觀粒子運(yùn)動(dòng)的平均效果

18、不變而已這些微觀粒子運(yùn)動(dòng)的平均效果不變而已動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡 3) 3) 漲落：漲落： 平衡態(tài)下，系統(tǒng)宏觀物理量的數(shù)值仍會(huì)發(fā)平衡態(tài)下，系統(tǒng)宏觀物理量的數(shù)值仍會(huì)發(fā)生或大或小的漲落。一般情況下，宏觀系生或大或小的漲落。一般情況下，宏觀系統(tǒng)的宏觀物理量的漲落十分微小，可以忽統(tǒng)的宏觀物理量的漲落十分微小，可以忽略。略。4) 4) 平衡狀態(tài)概念的推廣：平衡狀態(tài)概念的推廣：孤立系統(tǒng)平衡態(tài)的概念可以推廣到非孤立系統(tǒng)。孤立系統(tǒng)平衡態(tài)的概念可以推廣到非孤立系統(tǒng)。非孤立系統(tǒng)和外界合起來可以看成一個(gè)復(fù)合的孤立非孤立系統(tǒng)和外界合起來可以看成一個(gè)復(fù)合的孤立系統(tǒng)，根據(jù)孤立系統(tǒng)平衡狀態(tài)的概念可以推斷系統(tǒng)系統(tǒng)，根據(jù)孤立系統(tǒng)平衡

19、狀態(tài)的概念可以推斷系統(tǒng)是否在平衡態(tài)。是否在平衡態(tài)。3. 熱力學(xué)系統(tǒng)平衡狀態(tài)的描述熱力學(xué)系統(tǒng)平衡狀態(tài)的描述平衡狀態(tài)下，系統(tǒng)的各種平衡狀態(tài)下，系統(tǒng)的各種宏觀物理量宏觀物理量都有確定數(shù)值都有確定數(shù)值; 獨(dú)立變化、獨(dú)立變化、足以確定系統(tǒng)平衡狀態(tài)的自變量，稱為足以確定系統(tǒng)平衡狀態(tài)的自變量，稱為狀態(tài)參量狀態(tài)參量；不全獨(dú)立，存在函數(shù)關(guān)系。不全獨(dú)立，存在函數(shù)關(guān)系。其它的宏觀量可以表達(dá)為它們的函數(shù)，其它的宏觀量可以表達(dá)為它們的函數(shù)，稱為稱為狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù)。 描述系統(tǒng)的描述系統(tǒng)的狀態(tài)參量狀態(tài)參量幾何參量：幾何參量：力學(xué)參量力學(xué)參量：電磁參量電磁參量：熱力學(xué)全部宏觀物理量都可以表達(dá)為這四類參量的函數(shù)。熱力學(xué)全部宏

20、觀物理量都可以表達(dá)為這四類參量的函數(shù)。各向異性固體的應(yīng)變張量等各向異性固體的應(yīng)變張量等;各向異性固體的應(yīng)力張量等各向異性固體的應(yīng)力張量等;化學(xué)參量：化學(xué)參量：簡(jiǎn)單系統(tǒng)簡(jiǎn)單系統(tǒng): : 只需要只需要 體積體積 和和 壓強(qiáng)壓強(qiáng) 兩個(gè)狀態(tài)參量。兩個(gè)狀態(tài)參量。不考慮系統(tǒng)的電磁性質(zhì)不考慮系統(tǒng)的電磁性質(zhì)不考慮與化學(xué)成分有關(guān)的性質(zhì)不考慮與化學(xué)成分有關(guān)的性質(zhì)體積體積; ;壓強(qiáng)壓強(qiáng);各化學(xué)組分的數(shù)量，各化學(xué)組分的數(shù)量，如組分的質(zhì)量如組分的質(zhì)量mi和摩爾數(shù)和摩爾數(shù)ni等等;電場(chǎng)或磁場(chǎng)中電介質(zhì)和磁介質(zhì)電場(chǎng)或磁場(chǎng)中電介質(zhì)和磁介質(zhì)電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度E、 電極化強(qiáng)度電極化強(qiáng)度P、磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度H、磁化強(qiáng)度、磁化強(qiáng)度M等等

21、.單相系和復(fù)相系單相系和復(fù)相系復(fù)相系：復(fù)相系：-平衡狀態(tài)的復(fù)相系，每一平衡狀態(tài)的復(fù)相系，每一“相相”的的狀態(tài)參量不是完全獨(dú)立的。狀態(tài)參量不是完全獨(dú)立的。單相系：?jiǎn)蜗嘞担合到y(tǒng)各部分的性質(zhì)是完全一樣的，該系統(tǒng)系統(tǒng)各部分的性質(zhì)是完全一樣的，該系統(tǒng)稱為稱為均勻系均勻系；一個(gè)均勻的部分稱為一個(gè)一個(gè)均勻的部分稱為一個(gè)“相相”；因此均勻系也稱為單相系因此均勻系也稱為單相系如果整個(gè)系統(tǒng)不是均勻的，但可以分為若如果整個(gè)系統(tǒng)不是均勻的，但可以分為若干個(gè)均勻的部分，該系統(tǒng)稱為復(fù)相系；干個(gè)均勻的部分，該系統(tǒng)稱為復(fù)相系；如：水和水蒸氣構(gòu)成兩相系如：水和水蒸氣構(gòu)成兩相系熱力學(xué)量的單位熱力學(xué)量的單位能量：焦耳能量：焦耳(J

22、: 1 J = 1 Nm)國(guó)際單位制中國(guó)際單位制中長(zhǎng)度：米長(zhǎng)度：米(m)體積：立方米體積：立方米(m3)壓強(qiáng)：帕斯卡壓強(qiáng)：帕斯卡(Pa: 1Pa=1N/m2)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(Pn: 1 Pn = 101325 Pa): :引入溫度的基礎(chǔ)引入溫度的基礎(chǔ)11,Vp22,Vp11,Vp22,Vp 兩物體通過固定剛性器兩物體通過固定剛性器壁相互接觸時(shí)，其狀態(tài)可完全獨(dú)壁相互接觸時(shí)，其狀態(tài)可完全獨(dú)立地改變，彼此互不影響立地改變，彼此互不影響非絕熱壁非絕熱壁表征物體的冷熱程度表征物體的冷熱程度兩物體通過透熱壁相互接觸兩物體通過透熱壁相互接觸1.2 熱平衡定律和溫度熱平衡定律和溫度處于平衡態(tài)的兩個(gè)物體進(jìn)

23、行熱接觸，它們的狀處于平衡態(tài)的兩個(gè)物體進(jìn)行熱接觸，它們的狀態(tài)都會(huì)發(fā)生改變，經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間之后，它們的狀態(tài)態(tài)都會(huì)發(fā)生改變，經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間之后，它們的狀態(tài)不再發(fā)生變化，而達(dá)到一個(gè)不再發(fā)生變化，而達(dá)到一個(gè)共同的平衡態(tài)共同的平衡態(tài)。將A、B用絕熱壁隔開，讓A、B 分別與C達(dá)成熱平衡然后在A、B間換成導(dǎo)熱壁絕熱導(dǎo)熱CABCABA，B狀態(tài)不再發(fā)生變化，表明狀態(tài)不再發(fā)生變化，表明A、B也處于熱平衡也處于熱平衡熱平衡定律：熱平衡定律： 如果兩個(gè)物體各自與第三個(gè)物體達(dá)到熱平衡，它如果兩個(gè)物體各自與第三個(gè)物體達(dá)到熱平衡，它們彼此也必在熱平衡。這個(gè)經(jīng)驗(yàn)事實(shí)稱為熱平衡定律。們彼此也必在熱平衡。這個(gè)經(jīng)驗(yàn)事實(shí)稱為熱平

24、衡定律。根據(jù)熱平衡定律可以證明：根據(jù)熱平衡定律可以證明： 互為熱平衡的系統(tǒng)，該互為熱平衡的系統(tǒng)，該“狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù)”的數(shù)值相等！的數(shù)值相等！該該“狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù)”是什么？是什么？和哪些狀態(tài)參量有關(guān)？和哪些狀態(tài)參量有關(guān)？處于平衡狀態(tài)的熱力學(xué)系統(tǒng)，存在一個(gè)狀態(tài)函數(shù)處于平衡狀態(tài)的熱力學(xué)系統(tǒng)，存在一個(gè)狀態(tài)函數(shù)考慮處于平衡態(tài)的三個(gè)考慮處于平衡態(tài)的三個(gè)“簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單”系統(tǒng)系統(tǒng)A、B、CA、C處于熱平衡處于熱平衡:),;,(CCAAVpVp);,(CAAACCVVpFp B、C處于熱平衡處于熱平衡:);,(CBBBCCVVpFp);,();,(CBBBCCAAACVVpFVVpF A、B處于熱平衡處于熱平衡

25、:0),;,(BBAAABVpVpf),(),(BBBAAAVpgVpg0 ACf熱平衡定律熱平衡定律(V, p),(),(BBBAAAVpgVpg 互為熱平衡的熱力學(xué)系統(tǒng)互為熱平衡的熱力學(xué)系統(tǒng)A、B ，存在著一個(gè)，存在著一個(gè)相等的狀態(tài)函數(shù)相等的狀態(tài)函數(shù)經(jīng)驗(yàn)表明：兩個(gè)物體達(dá)到熱平衡時(shí)具有相同的冷熱經(jīng)驗(yàn)表明：兩個(gè)物體達(dá)到熱平衡時(shí)具有相同的冷熱 程度程度 - 溫度溫度),(Vpg- 溫度溫度熱平衡定律（熱力學(xué)第熱平衡定律（熱力學(xué)第零零定律）定律） 如果兩個(gè)物體各自與第三個(gè)物體達(dá)到熱平衡，它們?nèi)绻麅蓚€(gè)物體各自與第三個(gè)物體達(dá)到熱平衡，它們彼此也必在熱平衡。這個(gè)經(jīng)驗(yàn)事實(shí)稱為熱平衡定律。彼此也必在熱平衡。

26、這個(gè)經(jīng)驗(yàn)事實(shí)稱為熱平衡定律。1. 處于平衡態(tài)的系統(tǒng)態(tài)函數(shù)處于平衡態(tài)的系統(tǒng)態(tài)函數(shù)溫度溫度的存在的存在2. 比較溫度的方法比較溫度的方法對(duì)不同的冷熱程度給予對(duì)不同的冷熱程度給予數(shù)值的表示數(shù)值的表示確定確定取一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物體分別與這兩個(gè)物體進(jìn)行熱接觸，取一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物體分別與這兩個(gè)物體進(jìn)行熱接觸，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物體就是這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物體就是溫度計(jì)溫度計(jì)。熱平衡定律（熱力學(xué)第熱平衡定律（熱力學(xué)第零零定律）定律）理想氣體溫標(biāo)理想氣體溫標(biāo)16.273tvppT三相點(diǎn)下氣體的壓強(qiáng)：三相點(diǎn)下氣體的壓強(qiáng)：p pt t 溫度計(jì)中氣體的壓強(qiáng)為溫度計(jì)中氣體的壓強(qiáng)為 p 時(shí)，用線性關(guān)系規(guī)定溫度時(shí)，用線性關(guān)系規(guī)定溫度 Tv:-定容溫度計(jì)確定

27、溫標(biāo)的公式定容溫度計(jì)確定溫標(biāo)的公式壓強(qiáng)趨于零的極限下，各壓強(qiáng)趨于零的極限下，各種氣體確定的種氣體確定的Tv趨于一個(gè)趨于一個(gè)共同的極限溫標(biāo)，這個(gè)極共同的極限溫標(biāo)，這個(gè)極限溫標(biāo)稱為限溫標(biāo)稱為理想氣體溫標(biāo)理想氣體溫標(biāo)tpppKTt0lim16.273定容氣體溫度計(jì)：定容氣體溫度計(jì)：測(cè)溫特性測(cè)溫特性: : 氣體的壓強(qiáng)氣體的壓強(qiáng)參考點(diǎn)參考點(diǎn):純水三相點(diǎn)溫度規(guī)定為純水三相點(diǎn)溫度規(guī)定為273.16測(cè)溫物質(zhì)測(cè)溫物質(zhì): : 氣體氣體經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)：經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)：理想氣體溫標(biāo)：理想氣體溫標(biāo)：熱力學(xué)溫標(biāo)：熱力學(xué)溫標(biāo)：是熱力學(xué)理論和近代科學(xué)使用的標(biāo)準(zhǔn)溫標(biāo)。是熱力學(xué)理論和近代科學(xué)使用的標(biāo)準(zhǔn)溫標(biāo)。后面我們將證明，在理想氣體溫標(biāo)可以使用的范后面我們將證明，在理想氣體溫標(biāo)可以使用的范圍內(nèi)，理想氣體溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)是一致的。圍內(nèi)，理想氣體溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)是一致的。凡是以某種物質(zhì)的某一特性隨冷熱程凡是以某種物質(zhì)的某一特性隨冷熱程度變化為依據(jù)而確定的溫標(biāo)。度變化為依據(jù)而確定的溫標(biāo)。在熱力學(xué)第二定律的基礎(chǔ)上引入的不在熱力學(xué)第二定律的基礎(chǔ)上引入