均匀物质的热力学性质知识点总结

第二章 均匀物质的热力学性质

2.1 已知在体积保持不变时，一气体的压强正比于其热力学温度. 试证明在温度保质不变时，该气体的熵随体积而增加.

解：根据题设，气体的压强可表为

p?f?V?T, （1）

式中f(V)是体积V的函数. 由自由能的全微分

dF??SdT?pdV

得麦氏关系

将式（1）代入，有

由于p?0,，故有??p??S???p???f(V)?. （3） ????T??V?T??T?V?S???0?V??T??S???p??????. （2） ??V?T??T?VT?0. 这意味着，在温度保持不变时，该气体的熵

随体积而增加.

2.2 设一物质的物态方程具有以下形式：

p?f(V)T,

试证明其内能与体积无关.

解：根据题设，物质的物态方程具有以下形式：

故有

但根据式（2.2.7），有

??U???p??T?????p, ??V?T??T?V??p????f(V). （2） ?T??Vp?f(V)T,

第二章 均匀物质的热力学性质

2.1 已知在体积保持不变时，一气体的压强正比于其热力学温度. 试证明在温度保质不变时，该气体的熵随体积而增加.

解：根据题设，气体的压强可表为

p?f?V?T, （1）

式中f(V)是体积V的函数. 由自由能的全微分

dF??SdT?pdV

得麦氏关系

将式（1）代入，有

由于p?0,，故有??p??S???p???f(V)?. （3） ????T??V?T??T?V?S???0?V??T??S???p??????. （2） ??V?T??T?VT?0. 这意味着，在温度保持不变时，该气体的熵

随体积而增加.

2.2 设一物质的物态方程具有以下形式：

p?f(V)T,

试证明其内能与体积无关.

解：根据题设，物质的物态方程具有以下形式：

故有

但根据式（2.2.7），有

??U???p??T?????p, ??V?T??T?V??p????f(V). （2） ?T??Vp?f(V)T,

第一章 单组元材料热力学 名词解释： 1 可逆过程

2 Gibbs自由能最小判据 3 空位激活能 4 自发磁化： 5 熵：

6 热力学第一定律 热力学第二定律 7 Richard定律 填空题

1 热力学第二定律指出：一个孤立系统总是由熵 低 的状态向熵 高 的状态变化，平衡状态则是具有最大熵的状态。

2 按Boltzmann方程，熵S与微观状态数W的关系式为S=klnW 3 热容的定义是系统升高1K时所吸收的热量，它的条件是物质被加热时不发生相变和化学反应

4 α-Fe的定压热容包括：振动热容、电子热容和磁性热容。 5 纯Fe的A3的加热相变会导致体积 缩小 6 Gibbs-Helmholtz方程表达式是 7 铁磁性物质的原子磁矩因交换作用而排列成平行状态以降低能量的行为被称为自发磁化

论述题

1 根据材料热力学原理解释为什么大多数纯金属加热产生固态相变时会产生体积膨胀的效应？

2 试根据单元材料的两相平衡原理推导克拉伯龙（Clapeyron）方程。 3 试用G-T图的图解法说明纯铁中的A3点相变是异常相变。

4 试画出磁有序度、磁性转变热容及磁性转变（指铁磁-顺磁转变）自由能与温度的关系曲线。

计算题

1已知纯钛α/β的

1.热力学第零定理：如果两个物体各自与第三个物体达到热平衡，他们彼此也必然处于热平衡

2.热力学第一定律：能量可以从一种形式转变为另一种形式，但在转化过程中能量的总量保持不变

3.热力学第二定理：实质：自然界中一切与热现象有关的实际过程都是不可逆过程，他们有一定的自发进行的方向

开式：不可能从单一热源吸热使之完全变成有用的功而不引起其他变化 克式：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化

热力学第三（绝对零度定理）：不可能通过有限步骤是一个物体冷却到热力学温度的零度

4.孤立系统：与外界无物质、无能量交换 dQ=0 dW=0

5.封闭系统：与外界无物质交换、有能量交换 dQ≠0 dW=0 6.准静态过程：是一个进行得无限缓慢以致系统连续不断的经历着一些列平衡态的过程。

只有系统内部各部分之间及系统与外界之间始终同时满足力学、热学、化学平衡条件的过程才是准静态过程（准静态过程是一个理想过程）

7.熵增加原理：系统经可逆绝热过程熵不变，经不可逆绝热过程熵增加，在绝热条件下，熵减少过程是不可能实现的。

8.广延量：与系统大小成正比的热力学量（如质量M、体积V、内能U等） 强度量：不随系统大小变化的热力学量（如系统的P、T、ρ等）

9.获

第一章 单组元材料热力学 名词解释： 1 可逆过程

2 Gibbs自由能最小判据 3 空位激活能 4 自发磁化： 5 熵：

6 热力学第一定律 热力学第二定律 7 Richard定律 填空题

1 热力学第二定律指出：一个孤立系统总是由熵 低 的状态向熵 高 的状态变化，平衡状态则是具有最大熵的状态。

2 按Boltzmann方程，熵S与微观状态数W的关系式为S=klnW 3 热容的定义是系统升高1K时所吸收的热量，它的条件是物质被加热时不发生相变和化学反应

4 α-Fe的定压热容包括：振动热容、电子热容和磁性热容。 5 纯Fe的A3的加热相变会导致体积 缩小 6 Gibbs-Helmholtz方程表达式是 7 铁磁性物质的原子磁矩因交换作用而排列成平行状态以降低能量的行为被称为自发磁化

论述题

1 根据材料热力学原理解释为什么大多数纯金属加热产生固态相变时会产生体积膨胀的效应？

2 试根据单元材料的两相平衡原理推导克拉伯龙（Clapeyron）方程。 3 试用G-T图的图解法说明纯铁中的A3点相变是异常相变。

4 试画出磁有序度、磁性转变热容及磁性转变（指铁磁-顺磁转变）自由能与温度的关系曲线。

计算题

1已知纯钛α/β的

第一章 单组元材料热力学 名词解释： 1 可逆过程

2 Gibbs自由能最小判据 3 空位激活能 4 自发磁化： 5 熵：

6 热力学第一定律 热力学第二定律 7 Richard定律 填空题

1 热力学第二定律指出：一个孤立系统总是由熵 低 的状态向熵 高 的状态变化，平衡状态则是具有最大熵的状态。

2 按Boltzmann方程，熵S与微观状态数W的关系式为S=klnW 3 热容的定义是系统升高1K时所吸收的热量，它的条件是物质被加热时不发生相变和化学反应

4 α-Fe的定压热容包括：振动热容、电子热容和磁性热容。 5 纯Fe的A3的加热相变会导致体积 缩小 6 Gibbs-Helmholtz方程表达式是 7 铁磁性物质的原子磁矩因交换作用而排列成平行状态以降低能量的行为被称为自发磁化

论述题

1 根据材料热力学原理解释为什么大多数纯金属加热产生固态相变时会产生体积膨胀的效应？

2 试根据单元材料的两相平衡原理推导克拉伯龙（Clapeyron）方程。 3 试用G-T图的图解法说明纯铁中的A3点相变是异常相变。

4 试画出磁有序度、磁性转变热容及磁性转变（指铁磁-顺磁转变）自由能与温度的关系曲线。

计算题

1已知纯钛α/β的

1. 简述熵判据、亥姆赫兹函数判据和吉布斯函数判据的内容及使用条件：

①对于孤立系统：（△S）u,v,w’：＞0自发 =0可逆 ＜0自阻不自发 ②非孤立系统：△S总=△S系+△S环：＞0自发 =0可逆 ＜0自阻不自发

③亥姆霍兹自由能（F） dF≤w’ 在恒温容器不做其他功的情况下△F：＜0自发 =0可逆（平衡） ＞0自阻不自发

④吉布斯自由能（G）dG≤w’在恒温恒压下不做其他功的情况下△G：＜0自发 =0可逆（平衡） ＞0自阻不自发

5. 说明为什么纯金属（纯铁材料除外）加热的固态相变是由密排结构到疏排结

构的相变：

dH=TdS+VdP →（?H/?V）T=（?S/?V）T+V（?P/?V）T Maxwell方程（?S/?V）T=（?P/?V）T

体积不变，温度升高导致压力升高（?P/?T）V＞0 →（?S/?V）T＞0 在温度一定时，熵随体积而增大，即：对于同一金属，在温度相同是，疏排结构的熵大于密排结构。

（?H/?V）T＞0温度一定时，焓随体积而增大，即：对于同一金属，在温度相同是，疏排结构的焓大于密排结构。G=H-TS 在低温时，TS项对G的贡献小，G主要取决于H项，H疏排＞H密排，G疏排＞G密排

第一章 基 本 概 念 1.基本概念

热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。

边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。 外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。

闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。

开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。 绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。

孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。

单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。

复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。

单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。 多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。

均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。

非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。

热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。 平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这

第二章 气体热力学性质

第一节 理想气体的性质

一、理想气体：

1、假设：①气体分子是弹性的、不占据体积的特点；

②气体分子间没有相互作用力。

对于气体分子的体积相对气体比容很小，分子间作用力相对于气体压力也很小时，可

作为理想气体处理。 2、状态方程

理想气体在任一平衡状态时的压力P、温度T、比容v之间的关系应满足状态方程，

即克拉佩龙方程 Pv= RT

mkg质量气体为： Pv=mRT=mR0T

R 气体常数，反映气体特征的物理量，和气体所处状态无关； n 物质的量（千克数或摩尔数）； R0 通用气体常数，与气体状态、其他性质无关的普适恒量； R0??R?831415J/Kmol?K

CV,CP分别表示定压比容及定容比容，对于理想气体，他们仅是温度的单值函

数，CV?CP 其 CV?CP?R 比值CV/CP?k（绝热指数） 标准状态时（压力未101.325Kpa, 0℃） 单原子气体 k=1.66?1.67 双原子气体 k=1.40?1.41

第二章 气体热力学性质

第一节 理想气体的性质

一、理想气体：

1、假设：①气体分子是弹性的、不占据体积的特点；

②气体分子间没有相互作用力。

对于气体分子的体积相对气体比容很小，分子间作用力相对于气体压力也很小时，可

作为理想气体处理。 2、状态方程

理想气体在任一平衡状态时的压力P、温度T、比容v之间的关系应满足状态方程，

即克拉佩龙方程 Pv= RT

mkg质量气体为： Pv=mRT=mR0T

R 气体常数，反映气体特征的物理量，和气体所处状态无关； n 物质的量（千克数或摩尔数）； R0 通用气体常数，与气体状态、其他性质无关的普适恒量； R0??R?831415J/Kmol?K

CV,CP分别表示定压比容及定容比容，对于理想气体，他们仅是温度的单值函

数，CV?CP 其 CV?CP?R 比值CV/CP?k（绝热指数） 标准状态时（压力未101.325Kpa, 0℃） 单原子气体 k=1.66?1.67 双原子气体 k=1.40?1.41