热统大纲
《热力学与统计物理》教学大纲
教学目的：“热力学与统计物理”是物理学中发展相当成熟的基础课程之一。
在物理学领域，与“经典力学”、“电动力学”、“量子力学”一起，构成大学阶段物理学的经典核心内容。
复旦大学办学定位为综合型、研究型、国际型大学，力争在若干年内跻身世界一流大学之列，所以我们的目标是培养创新型、研究型人才，培养的学生应该具有比较好的创新能力、综合能力和实践能力，这也和二十一世纪的人才培养要求相符。
作为物理学的重要基础课，应该在保持我国传统教学严谨、扎实等优点的基础上，借鉴国外特别是美国一流大学物理教学的长处，使学生在掌握基本概念、原理和理论方法的同时，了解相关领域的研究前沿和热点、以及与其它自然科学分支的联系，重点培养科学思维方法、创新意识和解决具体问题的能力，为后继课程的学习与未来的科研奠定坚实基础。
针对技术型与科研型人才的不同培养目标，制订了适应性广泛的新教学大纲，实施分层教学，将传统授课内容分成两大板块：热力学与统计物理I (本科生的必修课)，内容包括平衡态热力学、近独立粒子统计分布与非平衡态统计初步；以及热力学与统计物理II (本科生的选修课及研究生的必修课)，内容包括系综理论、涨落理论和非平衡态统计等内容。
教学内容组织如下：I．热力学统计物理内容（共54课时）一．热力学的基本规律（12课时）引言热力学基本概念，热力学第零定律，热力学第一定律，热力学第二定律，热力学第三定律，基本热力学函数，麦氏关系及其应用，分子运动学。
二．统计分布（18课时）概率与统计简介，微观状态和分布，近独立粒子的玻耳兹曼分布，统计物理的基本想法及应用举例，正则系综及应用举例，黑体辐射能均分定理。
三．量子统计法（20课时）Planck黑体辐射定律，Einstein的光量子，Bose黑体辐射推导，多粒子统计，玻色与费米分布，粒子数可变系统，巨正则系综，金属自由电子气，光子气体，玻色－爱因斯坦凝结。
四．相变初步（4课时）热动平衡条件，开放系的热力学基本方程，单元系和多元系复相平衡，相变，典型应用举例。
热统概念(仅供参考)
第一章系统：有大量微观粒子（分子或其它粒子）组成的宏观物质系统。
外界：与系统发生相互作用的其它物体。
孤立系统：与外界既没有物质交换也没有能量交换的系统。
封闭系统：与外界没有物质交换，但有能量交换的系统。
开放系统：与外界既有物质交换又有能量交换的系统。
平衡态：在没有外界影响（与外界既无能量交换，也无物质交换的条件下）系统的宏观性质不随时间变化的状态。
弛豫时间：系统由其初始状态达到平衡状态所经历的时间。
状态参量：系统的平衡状态可以由几个独立的宏观自变量确定，即几个自由度，这些自变量称为状态参量。
热力学量：内参量：描述系统宏观量的参量。
外参量：描述外界宏观量的参量。
简单系统：只需要体积V和压强p两个状态参量便可以确定的系统。
状态方程：温度与状态参量之间的函数关系的方程。
热力学第零定律：如果任何两个系统A和B各自与处在同一状态的系统C达到热平衡，若令A与B进行热接触，他们也将处在热平衡。
（第一类永动机）广延量：与系统的质量或物质的量成正比的热力学量。
强度量：与系统的质量或物质的量无关的热力学量。
玻意耳定律：对固体质量的气体，在温度不变时其压强p和体积V的乘积是一个常数（pV=C，C在T不同时不同）。
阿氏定律：在相同的温度和压强下，相等的体积所含各种气体的物质的量相等。
焦耳定律：气体的内能只是温度的函数，与体积无关。
热力学过程：当系统的状态随时间变化时，我们说系统经历了热力学过程。
准静态过程：如果气体体积改变△V所经历的时间远大于弛豫时间，则在体积改变的过程中，气体便有足够的时间回复平衡，这个过程就可以看作准静态过程。
（准静态过程进行中的每一时刻，系统都处于平衡状态，无摩擦的准静态过程是可逆过程）表面张力：液体表面单位线段受到向液面的拉力。
表面张力有使液面收缩的趋势。
热力学第一定律（能量守恒定律）：自然界一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，可以从一种形式转换为另一种形式，从一个物体传递到另一个物体，在传递与转化中能量的数量不变。
热力学统计物理教学大纲
《热力学·统计物理》教学大纲本门课程的教学目标和要求：《热力学·统计物理》课是物理专业学生的专业基础课，与理论力学、量子力学、电动力学共同构成物理专业重要的四门必修课，通常称为物理专业的四大力学课。
热力学和统计物理的任务是研究热运动的规律，研究与热运动有关的物性及宏观物质系统的演化。
本课程的作用是使学生掌握热力学与统计物理的基本原理和处理具体问题的一些重要方法，并初步具有用这些方法解决较简单问题的能力。
预备知识：高等数学、普通物理（包括力、热、电、光及原子物理）教学重点与难点：本课程要求学生掌握热力学的基本规律，热力学的三个定律，了解与掌握热力学函数内能、焓、熵、自由能、吉不斯函数的物理意义及利用这些函数判断系统的平衡条件、平衡稳定条件。
统计物理部分要求学生掌握等几率原理、由最概然统计方法导出玻尔兹曼统计、费米及波色统计的分布函数，了解系综理论并运用上述理论求解简单热力学系统的热力学函数。
教学对象：物理专业三年级教学方式：讲授教学时数：68教学的具体内容及学时分配：一、热力学的基本规律(17学时)二、均匀物质的热力学性质(7学时)三、单元系的相变(6学时)四、多元系的复相平衡和化学平衡(8学时)五、近独立粒子的最概然分布(9学时)六、玻耳兹曼统计(9学时)七、玻色统计和费米统计(6学时)八、系综理论(6学时)第一章热力学的基本规律(17学时)教学目标和要求：要求掌握热力学的基本概念、基本热力学函数和热力学三个基本定律，以及热力学基本定律在实际工作中的指导意义。
教学重点和难点：热力学的基本规律，热力学的三个定律，了解与掌握热力学函数内能、焓、熵、自由能、吉布斯函数的物理意义教学方式：（课堂讲授16学时、讨论和习题课1学时）1.1热力学系统的平衡状态及其描述 ( 1学时 )一、系统、外界、子系统二、系统的分类三、热力学平衡态四、热力学平衡态的描述1．2 热平衡定律和温度( 1学时 )一、热接触与热平衡二、热平衡定律、温度、热平衡的传递性三、存在态函数温度的数学论证四、温度的测量1．3 物态方程（1学时）一、物态方程二、物态方程的得出三、实验系数四、物态方程举例五、关于广延量与强度量六、几个常用的数学关系七、由实验系数kα求物态方程、β、1．4功（1学时）一、过程与准静态过程二、无摩擦与准静态过程的功三、非准静态过程的功四、其它系统的功五、准静态过程外界对系统做功的一般行形式1．5 热力学第一定律（1学时）一、改变系统状态的方式及绝热过程二、焦耳实验、内能的引入三、热量、热力学第一定律四、几点说明1．6 热容量和焓（1学时）一、热容量与焓二、一般均匀系的内能函数（补充）1．7 理想气体的内能（1学时）一、理想气体的自由膨胀(焦耳实验)二、焦耳实验1．8 理想气体的绝热过程（1学时）一、理想气体在准静态绝热过程二、 γ 的测定1．9 理想气体的卡诺循环（1学时）一、理想气体的等温过程 二、理想气体的绝热过程 三、卡诺循环及其效率1.10 热力学第二定律（1学时）一、问题的提出二、第二定律的定性表述 三、两个说法等效四、实际过程的不可逆性1.11 卡诺定理（0.5学时）一、可逆机和不可逆机 二、卡诺定理及其证明1.12 热力学温标（0.5学时）一、热力学温标的引入二、温标与理想气体温标的关系1.13 克劳修斯等式和不等式（1学时）一、卡诺循环的克氏不等式 二、任意循环的克氏不等式1.14 熵和热力学基本方程（1学时）一、态函数熵二、热力学基本方程、可逆过程三、非平衡态、局域平衡∑=+++=i s s s s S ......321 四、可逆过程热量的计算五、等温熵的改变⎰⎰===∆TQ dQ T T dQ S 11．15理想气体的熵（1学时）一、熵的表达式 二、熵变的计算1.16 热力学第二定律的普遍表述（0.5学时）一、克劳修斯不等式与不可逆过程 二、熵增加原理 三、关于热寂说1.17 熵增加原理的简单应用（0.5学时）一、例题二、过程性质的判断1.18自由能和吉布斯函数（1学时）一、自由能的引入和最大功原理二、吉布斯函数的引入和最大功原理习题课（1学时）复习与思考题:（1）什么是物态方程？写出几个实例。
信阳师范学院华锐学院教学大纲
信阳师范学院华锐学院教学大纲课程名称：热力学统计物理适用专业：物理单位：信阳师范学院华锐学院理工系编制人：董玉静审定人：张勇热力学统计物理课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：05020194课程名称：热力学统计物理课程类别：专业必修课总学时：72学分：4适用专业：物理专业考核方式：考试预修课程：热学，力学二、课程性质与任务本课程在热学的基础上，介绍：热力学的基本定律，热力学函数及其应用，相平衡及化学平衡，不可逆过程，玻尔兹曼、玻色、费米统计及其应用举例，系综理论，非理想气体，涨落的半热力学理论，布朗运动，玻尔兹曼方程及H定理。
三、学时分配四、课程内容与基本要求第一章热力学的基本规律教学内容第一节热力学系统的平衡状态及其描述第二节热平衡定律和温度第三节物态方程第四节功第五节热力学第一定律第六节热容量和焓第七节理想气体的内能第八节理想气体的绝热过程第九节理想气体的卡诺循环第十节热力学第二定律第十一节卡诺定理第十二节热力学温标第十三节克劳修斯等式和不等式第十四节熵和热力学基本方程第十五节理想气体的熵第十六节热力学第二定律的数学表述第十七节熵增加原理的简单应用第十八节自由能和吉布斯函数教学要求了解热力学的研究对象和基本方法。
理解平衡态，宏观状态参量，态函数，温度，物态方程，准静态过程，内能，可逆和不可逆过程，熵等概念。
掌握热力学第零、第一、第二、定律的计算及其应用，会计算准静态过程功、热量和不可逆过程熵变等。
第二章均匀物质的热力学性质教学内容第十九节内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分第二十节麦氏关系的简单应用第二十一节气体的节流过程和绝热膨胀过程第二十二节基本热力学函数的确定第二十三节特性函数第二十四节热辐射的热力学理论第二十五节磁介质的热力学第二十六节获得低温的方法教学要求了解热辐射和磁介质的热力学和获得低温的方法。
理解焓、自由能和吉布斯函数，特性函数；掌握由基本热力学关系和麦氏关系导出其他热力学性质和关系。
热力学与统计物理课程教学大纲
课程性质 (Course Type)
物理学专业（国际班）核心必修课(Core Course)
授课对象 （Target Audience） 授课语言
(Language of Instruction)
开课院系 （School） 先修课程 （Prerequisite） 授课教师 （Teacher）
物理学专业（国际班）大学三年级本科生
学时 3
教学 方式 板书
作业及 要求 根据进 度随堂 布置
基本要求
掌握课程所需的 一些基本概念
考查方式
作业及课 堂测验
3 板书 根据进 掌握热导率、粘滞 作业及课
度随堂 系数、扩散常数等 堂测验
布置
概念
Einstein solid
2
Microstate/Macrostate, 3 multiplicity/entropy
布置
势能
potential
Ising Model, brief 4 板书 根据进 了解 Ising 模型和 作业及课
introduction of Monte
度随堂 Monte Carlo 模拟 堂测验
Carlo Simulation
布置
Brownian motion, and 2 板书 根据进 掌握布朗运动
*课程简介 （Description）
The course is an advanced undergraduate course in thermodynamics and statistical physics. Thermodynamics covers the macroscopic properties of physical systems, composed of large numbers of particles. Statistical physics studies these macroscopic properties by looking at the microstates of the particles, described by quantum mechanics. The course will cover the fundamental principles of thermodynamics and statistical mechanics as well as their applications in many areas of physics. The topics are listed in course calendar.
热统第一章1
二、气体的物态方程
1、理想气体的物态方程
FBC ( pB ,VB ; pC ,VC ) 0
则A与B必达到热平衡: FAB ( p A , VA ; pB , VB ) 0 喀喇氏温度定理（1909年）：处于热平衡状态 下的热力学系统，存在一个状态函数，对互为热平衡的 系统，该函数值相等。
A和C达到平衡
FAC ( pA ,VA ; pC ,VC ) 0
（2）系统处于平衡态时宏观性质不随时间变化，但组成
系统的大量粒子还在不停地运动着，只是这些运动的平
均效果不变而已。因此热力学平衡态又称热动平衡；
（3）处于平衡态的系统，其宏观性质会发生一些起伏变
化，叫涨落。一般宏观物质系统的涨落很小，在热力学
的范围内将其忽略不予考虑；
（4）弛豫时间的概念。
二、状态参量 1、状态参量：在力学中质点的运动状态用位移、
热力学· 统计物理
教材：汪志诚《热力学· 统计物理》 参考书：F.Mandl,Statistical Physics F.Reif, Fundamentals of Statistical and Thermal Physics K.Huang,Statistical Mechanics 吴大猷《热力学、气体运动论及统计力学》 林宗涵《热力学与统计物理学》
§1.1 热力学系统的平衡状态及其描述
一、平衡态 1.热力学系统：把研究的若干个物体看成一个整 体，即为系统。
外界：系统之外的所有物质称为外界
系统
孤立系统：系统与外界既无物质交换， 又无能量交换。 闭系：系统与外界有能量交换， 系统 但无物质交换。 开系：系统与外界既有物质交换， 又有能量交换。
（2）统计物理： 从物质的微观结构出发，考虑微观粒子的热运 动，讨论微观量与宏观量的关系，通过求统 计平均来研究宏观物体热性质与热现象有关 的一切规律。 优点：它可以把热力学的几个基本定律归结 于一个基本的统计原理，阐明了热力学定律 的统计意义； 缺点：可求特殊性质，但可靠性依赖于微观 结构的假设，计算较复杂。
热统课件
Jq A B Je
珀尔贴系数：取决于两种金属的性质，并 与温度有关
3、汤姆孙效应（1854年发现）
当电流通过具有温度梯度的均匀导体时，除了 放出焦耳热外，导体还要放出另外的热量，称为汤 姆孙热.
在单位时间内，单位体积的导体放出的汤姆孙热 为：
q J T e
汤姆孙系数：与导体性质和温 度有关
热流与温度梯 度成正比
Jq T
2、扩散过程的菲克定律
粒子流与浓度 梯度成正比
Jn D n
3、导电过程的欧姆定律
J E V e
电流与电势梯度 成正比
4、动量输运的牛顿粘滞定律
动量流与流速梯 度成正比
dv Jpxy P xy dx
5、线性唯象律
y
是单位时间内流过单位截 面的熵，称为熵流密度 是单位时间内单位体积中产 生的熵，称为局域熵产生率
整个系统熵的增加率为：
dS d s sd d dt dt t
J d S
利用高斯定理将右边第一项化为面积分，得：
dS J d d S dt
1． 局域平衡，熵流密度与局域熵产生率。 2． 线性与非线性过程，昂萨格关系 。 3* ．温差电现象
教学要求：
了解局域熵产生率，昂萨格关系和用不可逆过程热力 学处理问题的一般程序。
5.1 局域平衡、熵流密度与域局熵产生率
一、热力学第二定律的推广 热力学第二定律不等式 : 推广为：
dS dQ dT
N ni d
(5.1.5)
三、熵流密度和局域熵产生率
讨论熵的变化快慢问题。 1、不可逆过程热力学的建立
d dS d eS iS dt dt dt
热力学统计物理研究生考试大纲
热力学统计物理研究生考试大纲注意：本大纲为参考性考试大纲，是考生需要掌握的基本内容。
一、课程简介：热力学是热运动的宏观理论。
通过对热现象的观测、实验和分析，人们总结出了热现象的基本规律，即热力学的三个定律。
它们具有高度的可靠性和普遍性，以它们为基础应用数学方法，通过逻辑演绎可以得到物质各种宏观性质之间的关系、宏观过程进行的方向和限度等结论，并且可以应用热力学理论研究一切宏观物质系统。
但在实际应用中，只有结合实验观测的数据才能得到具体物质的特性，而且把物质看作连续体，也不考虑物质的微观结构，因而无法解释一些实际物理现象，这是它的局限性。
统计物理学是热运动的微观理论。
它是从宏观物质系统是由大量微观粒子所构成这一基本事实出发，认为物质的宏观性质是大量微观粒子性质的集体表现，宏观物理量是微观物理量的统计平均值。
它从一个基本统计原理出发深入到热运动的本质，因而，在对物质的微观结构作出某些假设之后，可以求得具体物质的特性，并阐明产生这些特性的微观机理。
因此，热力学统计物理是把宏观唯象的热力学理论和微观的统计物理理论有机地结合在一起，是分析物质宏观物理性质必不可少的两个方面。
本门课程与其它理论物理课程相辅相成，是培养理论物理研究生的重要基础理论课程。
二、考试内容及具体要求：《热力学部分》一、热力学的基本规律考核知识点：1、热力学系统的平衡状态及其描述。
2、热平衡定律和温度。
3、热力学第一定律及其应用。
4、热力学第二定律及其应用。
5、熵增加原理及其应用。
考核要求：1、理解热力学平衡态的性质、特点及相关概念。
2、掌握准静态功的物理意义及其在简单系统、电介质系统、磁介质系统的应用。
3、掌握热力学第一定律及其物理意义；理解热容量和焓的定义；焦耳定律的导出及其理论意义。
4、理解热力学第二定律的物理意义；熵的引入、性质及其在理想气体的应用。
5、掌握熵增加原理的物理意义、性质及简单过程熵的计算。
二、均匀物质的热力学性质考核知识点：1、内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分。
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《热力学 统计物理》精品课程教学大纲
总学时数：72学时 适用专业：物理学专业本科 一、课程的性质、目的和任务 热力学与统计物理课程是物理专业的重要专业必修课。它是研究物质热运动规律及热运动对宏观性质影响的基础理论课程，研究问题的方法与化学、生物、气象、生态等各门基础学科有着密切的联系。 本课程共72学时，主要是让学生在完成普通物理学、热学、原子物理学学习的基础上，运用高等数学对物质热运动规律有较系统和深入的认识。通过学习可以领略到数学的美妙，激发学生的学习兴趣，促使他们了解本学科的最新发展动态，对培养具有一定科研能力的高中物理教师具有重要意义。 热力学与统计物理的任务是研究热运动的规律及热运动对物质宏观性质的影响。学习本课程的任务概括为 1．使学生掌握本学科的基本概念、基本理论和基本方法，并结合实际应用，对其研究问题的一些公认的、成熟的进展有所了解。 2．理解热力学和统计物理学研究方法的区别和研究目的和结论的统一； 3．能分析、比较与物质热运动有关的物理事实，找出共同特征，概括出物理概念和规律。能运用所学热运动物理知识解释或解决一些实际问题，能阅读与教材水平相近的参考书，分析普通物理学热学、分子物理学教科书及浅近的研究论文。学会分析高中教材和中专物理教材相应的部分； 4．了解本学科最新发展动态，知道一些学者、科学家勇于探索无私奉献的爱国主义精神，激发求知欲望和树立献身物理教育事业的决心。 二、课程教学的基本要求 通过学习热力学与统计物理学课程，使学员达到下列基本要求： 1．掌握热现象与热运动的规律及其对物质宏观性质的影响； 2．掌握热力学与统计物理学处理问题的方法，提高分析问题与解决问题的能力，为以后解决实际问题打下基础； 3．理解典型问题的公认的、成熟的结论和分析方法，了解一些学者、科学家勇于探索无私奉献的科学精神，进一步培养学员的辩证唯物主义世界观、自学能力、创新能力、合作意识。 三、教学时数分配 《热力学统计物理》精品课程教学时数分配表
序号 课程内容 理论教学 课内实践教学 课时小计 课时数 教学方式手段 课时数 教学方式 手段 0 绪论与常用数学结论 2 讲授，板书 2 1 热力学的基本规律 9 讲授，课件 1 习题课，课件 10 2 均匀物质的热力学性质 7 讲授，课件 1 习题课，课件 8 3 单元系相变 6 讲授，课件 1 习题课，课件 7 4 多元系的复相平衡 4 讲授，课件 1 习题课，课件 5 5 近独立粒子的最概然分布 9 讲授，课件 1 习题课，课件 10 6 玻耳兹曼统计 9 讲授，课件 1 习题课，课件 10 7 玻色统计和费米统计 7 讲授，课件 1 习题课，课件 8 8 系综理论 11 讲授，课件 1 习题课，课件 12
四、课程教学内容
第零章 绪 论
教学基本要求 1．了解热力学统计物理的研究对象和主要任务 2．了解热力学和统计物理学的研究方法 3．掌握显函数、隐函数、复合函数求偏导的方法 4．理解雅可比行列式、完整微分条件 教学重点和难点 重点：热力学和统计物理学的研究方法，显函数、隐函数、复合函数求偏导的方法，完整微分条件 难点：显函数、隐函数、复合函数求偏导的方法，完整微分条件 第零章教学内容： 1．热力学统计物理的研究对象和主要任务 2．热力学和统计物理学的研究方法 3．学习方法与要求 4．附录A 热力学常用的数学结果
第一章 热力学的基本规律
教学基本要求 本章主要讲解热力学中基本概念、基本规律、基本计算和常用热力学函数的定义和意义。在熵以前的内容与《热学》课重复较多，除基本概念外，其它内容可作复习性简述，这样一方面可以避免重复，另一方面也能保证热力学基本概念与规律的严格性与系统性。重点应放在物态方程的有关知识、熵的性质和热力学基本方程、熵增加原理的应用上。 1．掌握热力学平衡态，准静态过程及其可逆过程等概念，理解内能、熵、焓、自由能、吉布斯函数等态函数的定义。 2．掌握及准静态过程功的计算方法； 3．理解热力学第一、二定律的物理实质； 4．掌握热力学基本方程和热力学第二定律的数学表述，理解其物理意义； 5．掌握熵的计算方法，会计算热力学系统的熵，并运用熵增加原理对过程的可逆性进行判断。 教学重点和难点 重点：利用系统的物态方程求解的方法，热力学第二定律的数学表述，熵的计算，熵增加原理及其应用。 难点：熵的概念和熵的计算。 第一节 热力学系统的平衡状态及其描述 讲解平衡态、状态参量、态函数的概念，举例说明常见系统的状态参量的选择。 第二节 热平衡定律和温度 复习热平衡定律，分析温度概念，介绍四种常用温标。 第三节 物态方程 1．物态方程和与物态方程有关的三个物理量 2．几种物质的物态方程（气体、简单固体和液体、顺磁性固体） 第四节 功 1．准静态过程体变功 2．其他几种准静态功的表达式（液体表面变化功、电介质处在外电场的功、磁介质处在外磁场的功） 第五节 热力学第一定律 通过分析绝热功的特点引进内能函数，定义非绝热过程的热量，给出热力学第一定律。 第六节 热容量和焓 1．热容量的定义 2．焓 第七节 理想气体的内能 1．焦耳定律 2．理想气体的内能和焓 3．理想气体的定压热容量和定容热容量 第八节 理想气体的绝热过程 讲解热力学第一定律和理想气体物态方程用于理想气体绝热过程的微小过程，利用理想气体的定容热容量公式，导出理想气体绝热方程。 第九节 理想气体的卡诺循环 1．卡诺循环 2．理想气体在卡诺循环过程中的功和热量 3．卡诺热机的效率和卡诺制冷机的工作系数 第十节 热力学第二定律 1．热力学第二定律的典型表述 2．可逆过程和非可逆过程、热力学第二定律的实质 第十一节 卡诺定理 复习卡诺定理和它的推论。 第十二节 热力学温标 根据卡诺定理建立的温标，分析特点。 第十三节 克劳修斯等式和不等式 根据卡诺定理导出克劳修斯等式和不等式。 第十四节 熵和热力学基本方程 1．熵的存在和定义 2．热力学基本方程 第十五节 理想气体的熵 介绍选择不同状态参量理想气体熵的表达式。 第十六节 热力学第二定律的数学表述 1．热力学第二定律的数学表述 2．熵增加原理 第十七节 熵增加原理的简单应用 通过例题总结熵变的计算方法，用熵增加原理分析计算结果的合理性。 第十八节 自由能和吉布斯函数 1．自由能的定义 2．等温系统的演化方向——用自由能表达热力学第二定律 3．吉布斯函数的定义 4．等温等压系统的演化方向——用吉布斯函数表达热力学第二定律
第二章 均匀物质的热力学性质
教学基本要求 本章以简单系为例分析均匀物质系统的热力学性质，导出大量基本热力学关系。 1．掌握内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分，会根据这些全微分式写出各个常用热力学关系； 2．会运用麦氏关系和其他热力学关系运用一定数学方法证明热力学关系； 3．了解特性函数与基本热力学函数的区别，掌握根据物态方程和必要的实验结论求系统的基本热力学函数；掌握由特性 函数求基本热力学函数的方法； 4．了解使气体液化的两种方法。学会分析用热力学偏导数表达的一些物理效应，初步学会求解各种系统的热力学问题。 教学重点和难点 重点：内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分、运用麦氏关系证明热力学关系、基本热力学函数的计算。 难点：运用麦氏关系证明热力学关系，根据特性函数确定热力学基本函数。 第一节 内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分 根据热力学基本方程和焓、自由能、吉布斯函数的定义导出后三个辅助热力学函数的全微分，利用数学演绎导出十二个热力学关系。说明这些关系的重要性，说明记忆方法。 第二节 麦氏关系的简单应用 要讲解的例子有：能态方程、焓态方程、定压热容量与定容热容量的差、雅可比行列式的应用。 第三节 气体的节流过程和绝热膨胀过程 1．气体的节流过程 2．气体的绝热膨胀过程 第四节 基本热力学函数的确定 讲解分别以T、V和T、p为状态参量确定简单系基本热力学函数的方法。 第五节 特性函数 讲解特性函数的概念，分析自由能和吉布斯函数已知时（作为特性函数），确定基本热力学函数的方法。 第六节 热辐射的热力学理论 主要讲授平衡辐射的特点，用热力学理论导出平衡辐射的基本热力学函数。 第七节 磁介质的热力学 1．体积不变的磁介质的重要热力学性质 2．体积变化的磁介质的重要热力学性质 第八节 获得低温的方法 提出要求自学。
第三章 单元系的相变 教学基本要求 本章讲授单元均匀开放系统的热力学性质和单元系的复相平衡条件。首先给出单元均匀开放系统的热力学基本方程，并在此基础上，讨论单元复相系的平衡条件和导出的结论，然后以范德瓦尔斯气体为例阐明气、液二相的转变，介绍相变的分类。 1．掌握单元均匀开放系统的热力学基本方程，会证明其热力学关系，理解其热力学性质； 2．掌握用平衡判据求平衡条件的方法，掌握单元复相系的平衡条件； 3．理解克拉珀龙方程的物理意义，会用克拉珀龙方程处理涉及相变的物质性质； 4．了解范德瓦耳斯气体的气、液两相的转变；了解一级和二级相变的区别。 教学重点和难点 重点：单元均匀开放系统的热力学基本方程和热力学性质、单元复相系的平衡条件、克拉珀龙方程。 难点：用克拉珀龙方程处理涉及相变的物质性质的方法。 第一节 热动平衡叛椐 1．孤立系统的熵叛椐 2．等温等容系统的自由能叛据和等温等压系统的吉布斯函数叛据 3．均匀闭系的热动平衡条件和平衡的稳定性条件 第二节 开系的热力学基本方程 讲授本节时，从吉布斯函数的广延性提出：在单元均匀开系条件下吉布斯函数微分式的写法，定义化学势，导出单元均匀开放系统的热力学基本方程和其他热力学函数的微分式。引入巨热力势。 第三节 单元系的复相平衡条件 讲授本节时，以单元两相系为例，利用熵叛据推导出平衡条件，分析其物理意义。 第四节 单元复相系的平衡性质