PDF《热物理学概论》

热物理 学主要应用宏观的研究方法以确保结果的可靠实用% 辅之以统计物理的微观解释 以加深理解&

目前% 能源的合理利用'

节能降耗及开发新能源已列入新世纪国家发展的战略 规划% 作为能源科学核心知识的热物理学将大有用武之地&

, # , 绪!!论

第一篇 热!力!学 第章!热力学的性质 $ !何谓热力学 我们知道% 描述少量粒子的运动规律和相互作用的科学% 统称之为# 力学$ % 这 包括经典力学'

量子力学等等&

少量粒子组成的系统% 可称之为力学系统% 譬如少 量的原子'

分子以及只需考虑质心运动的物体如刚体'

甚至天体如星球的集团等&

描述力学系统% 使用的是系统内反映每个粒子运动的物理量如位置'

速度等# 微观 变量$ % 以求得变化过程的细节% 常采用的是运动方程&

即使方程复杂一些% 原则上 也可以使用计算机求出与实验符合很好的结果&

对于宏观系统即由大量客体组成的系统% 力学是无能为力的&

即使知道了宏 观系统的精确组成和全部微观的相互作用% 也无法写出全部力学方程和这些方程 的初始条件% 更谈不上求解这些方程和由此计算宏观系统的物理性质&

对于宏观 系统% 另有一套行之有效的描述方法&

这就是使用温度'

体积'

压力'

能量'

熵! 这个 特别的字% 后面要专门介绍 等反映系统整体性质的# 宏观变量$ % 以及比热'

压缩 率'

磁化率等# 物质参数$ 进行的热力学描述&

这种描述的基础是能量守恒'

热量不 可能自动从低温物体流向高温物体等很少几条来自实践经验的基本定律&

采用的 是能量方程和熵方程&

热力学的成功已被工业革命以来整个生产技术的突飞猛进 所证明&

热力学早就成为许多技术科学的理论基础&

力学和热力学是分别针对着微观和宏观这两个极端情形发展起来的然而却是 相反相成的科学&

不究过程的细节而能对系统的状态下结论% 这是一切守恒定律的特点与优点&

经典热力学摒弃了详尽的图像% 因而% 对热传递的能量理论只做出一般性的叙述 ! 这一缺憾将由后面的传热学弥补 &

它局限于平衡态! 静态 % 故其所研究的变化 过程只能是近似看成由平衡态系列组成的十分缓慢发生的过程% 又叫准平衡过程&

, $ , 第-章!热力学的性质 准平衡变化过程的时间相对于状态调整所需时间可视为无限长&

因而除了时间的 方向外% 在热力学中% 时间并不表现为变量% 甚至多是通过初态# 以前$ 和终态# 以后$ 的概念潜入&

涉及有限时间的热力学称为非平衡态热力学或不可逆过程热力 学% 本书不打算讲述那方面的内容&

$ !热力系统与力学中的隔离体概念类似% 为便于分析% 热力学中常将一定量的物质或空间 人为分割出来作为研究对象% 此即为热力系统! 简称热力系或系统 &

环绕系统的 外部物体统称为外界或环境&

系统与外界的交界面称为边界&

外界可以是自然存 在的% 如大气环境% 也可以是人为设置的% 如恒温设备一类% 总之应是真正对系统状 态产生直接影响的部分&

系统的边界既可以是固定的又可以是活动的% 既可以是 真实的% 又可以是虚构的! 见图- ? - &