物理学的分支热力学( 二 )

文章插图
一个典型的热力学系统定义态函式热力学在系统平衡态概念的基础上，定义了描述系统状态所必须的三个态函式：热力学温度T、内能U和熵S 。热力学第零定律为定义和标定温度奠定了基础；热力学第一定律定义了态函式内能；第二定律引进了态函式熵和热力学温标；热力学第三定律则描述了系统的内能和熵在绝对零度附近的性状。平衡态特性系统的状态是由其全部的状态参量及其变化来加以确定的。经验证明，没有外界影响的条件下，系统的各部分的巨观性质总会趋向一个长时期不发生变化的状态，称为平衡态。只当系统处于平衡态时，其状态参量才有确定的数值和意义。处于平衡态的定量系统，其状态参量之间存在确定的函式关係，表示这种函式关係的数学关係称为该系统的状态方程。对于不受外场作用并处于平衡态的单元均匀系，为描述和确定系统所处的状态只需三个状态参量，它们是温度T、体积V和压强p ，故状态方程为F(T,V,p)=0 。说明为了确定这样的系统所处于的状态，只有两个状态参量是独立的，它们可是(p,V) ，也可是(p,T)或(T,V) 。一切可用来描述和确定系统所处状态并是系统独立状态参量单值函式的物理量称为系统的状态函式或态函式。如对于一个单元均匀系，取(p,V)作为独立的状态参量时，温度T就是态函式。热力学中常用的态函式有内能U、焓H、熵S、自由能F和自由焓G等。第零定律和温度温度是物体冷热程度的数值表示。经验证明，达到热平衡的两物体的温度相等；若把已经达到热平衡的两物体分开，则物体的状态将维持不变。为了判别两个物体温度的高低，必须引进第三个物体，并依据基本实验事实：若两个物体分别与处于确定状态的第三个达到热平衡，则这两个物体彼此也处于热平衡。由于此实验事实是标定物体温度数值的基本依据，故称为热力学第零定律。第三个物体的温度变化通常是通过该物体的某一个可观测的物理性质的变化加以标誌的。但此性质必须随物体的冷热程度有显着和单值的变化。如以液体体积变化作为温度变化标誌的液体温度计，以气体压强、气体体积、电阻、温差电势和光的亮度等作为温度变化标誌的定压气体温度计、定容气体温度计、电阻温度计、热电偶温度计和光学高温计等。温度数值的标定方法称为温标，温标按其标定温度方法的不同，可分为经验温标、理想气体温标和热力学温标。第一定律和内能热力学第一定律是普遍的能量守恆和转化定律在一切涉及巨观热现象过程中的具体表现。热力学第一定律确认，任意过程中系统从周围介质吸收的热量、对介质所做的功和系统内能增量之间在数量上守恆。热力学第一定律确认：任何系统中存在单值的态函式——内能，孤立系统的内能恆定。一个物体的内能是当物体静止时，组成该物体的微观粒子无规则热运动动能以及它们之间的相互作用势能的总和。巨观定义内能的实验基础是，系统在相同初终态间所做的绝热功数值都相等，与路径无关。由此可见，绝热过程中外界对系统所做的功只与系统的某个函式在初终态之间的改变有关，与路径无关。这个态函式就是内能。它可通过系统对外界所做的绝热功

物理学的分支 热力学( 二 )

物理学的分支热力学( 二 )