1、第二章 均匀物质的热力学性质2.1 内能的微分表达式 VSSVSVSPVTSVUVSUPVUTSUdVVUdSSUPdVTdSSTdU ,22 焓的微分表达式 PSSPSPSVPTVPHTSHdPPHdSSHVdPTdSSPdHPVUH , 自由能的微分表达式 VTTVTPVSPVFSTFPdVSdTVTdFTSUF , 吉布斯函数的微分表达式 PTTPTVPSVPGSTGVdPSdTPTdGPVTSUG , 2.2 麦氏关系 PTsTPSVSTVPSVPVSSVPTSPVT , 四个偏微分 理论值 实验值 能量量纲 各量的意义 正负号的记忆麦氏关系的简单应用 以（T，V）作自变量 dVPVS
2、TdTTSTdUPdVTdSdUdVVUdTTUdUVTV PTPTPVSTVUTSTTUCVTTVVV 对于理想气体 0 TVVUVRTPRTPV,焦耳定律 范氏气体 物 态 方 程 22VaPbVRTPTPTVURTbVVaPVT 选T，P作自变量 H（T，P）dPVPSTdTTSTdHVdPTdSdHdPPHdTTHdHTPTP PTVPPTVPVPVPTVVSTCCTVVSTSTSPTVTSPTSTSTTSTCC , PTTPPPTVTVVPSTPHTSTTHC TPVVPVTTVTPTCC2 理想气体 nRCCVP 求绝热压缩系数与等温压缩系数之比？绝 热 压 缩 系 数 S， 等
3、温 压 缩 系 数T， TTSSPVVPVV 11, PVPVTSTSCCTSTSTPSPTVSVTPTVSPSVPVVPVV ,11 多元函数 雅可比行列式 可以按除法法则运算 分子、分母相同时可取消，成为脚标 计算技巧2.3 气体的节流过程 热力学方法的特点 物理效应 实验值 偏微分的意义 节流过程 温度变化如何？ 焦耳汤姆孙效应 能否获得低温？节 流 前 ： P1， V1， U1， 节 流 后 ： P2， V2， U2， 绝 热 过 程 Q = 0， 外 界 作 的 功 ： P1V1 - P2V2 节流过程的计算由第一定律 12111222221112HHVPUVPUVPVPUU 节流过
4、程等焓过程 要测什么量呢？ ?HPT 称为焦汤系数 PTHPTHTHPHPTTHHPPTPTHH 1, 11 TCVVTVTCPPP 的讨论理想气体 01 ,T 节流过程后温度 不变 实际气体？ 0101 ,TT 0, 致冷区， 自由能 表面张力系数随温度的升高而减少 (T,A)是表面系统的特性函数例：表面张力系数为（T），求表面膜在可逆等温膨胀时吸收的热量Q？ 液体表面的面积由 A所吸收的热量是 0 dTdBATQdTdBSdTdASSSTQBAAB, 2.7 热辐射的热力学理论 空间内某区域与周围物体处于平衡的辐射称为平衡辐射 受热物体辐射电磁波称为热辐射 M 与 N 平衡达到 T 系统的
5、状态参量（T，V，P）黑体辐射 M，N，和空腔壁间进行热交换后达到相同的温度热平衡 热辐射的特性只与温度有关，而与辐射体的性质无关平衡辐射。 物体与周围场的互作用很复杂。 完全吸收各种频率电磁波的称为黑体 完全反射各种频率电磁波的称为白体 完全透射各种频率电磁波的称为透明体空窖辐射场 自然界没有绝对的黑体 设计一个黑体 一个空窖，有一小孔，光线通过小孔射入，多次反射后接收，是黑体的一种近似 能量完全被吸收空窖辐射场的内能密度 空窖辐射场的内能和内能密度按频率的分布只与温度有关，与窖体的材料、性质等无关 两个空窖，材料，形状不同，温度相同。 加一滤光片，wdw的光通过 rTuTuTu,www21
6、 内能密度是均匀的 内能密度是各向同 性的 内能密度u=u(T) 空窖辐射是一热力学系统 将热力学应用于辐射场 辐射压强（光压）的存在 1901 年列别捷夫测出光压 的存在 电动力学可以推导出 uP31 4443134313131aTuTdTuduudTduTdTduTTuudTduTTuPTPTVUTuPTVuUTuuVT , 空窖辐射的熵？ VaTSVTaddVaTVdTaTdVaTdVaTVdTaTdVaTVaTdTdSTPdVdUdS3332332343434344314311 辐射场的绝热过程 可 逆 绝 热 过 程 中 熵 不 变 03133131344344433 PVTSUGV
7、aTTSUFconstPVPaTaTuPconstVTVaTS, 空 窖 辐 射 场 是 一 光 子 气 体 系 统 光 子 数 是 不 守 恒 的 辐射场的辐射通量密度 辐射场的辐射通量密度Ju是单位时间内通过单位面积向一侧辐射的能量 辐射通量密度与能量密度的关系是 Ju=(1/4)cu 通过立体角的证明 3416442844106471066954141 mKJTuKmWTcaTcuJu. 斯特藩-玻尔兹曼常数 研究辐射场的意义 辐射场是一个能量场，热力学规律的普遍性。 G = 0，反映光子数是不守恒的。 黑体辐射是经典物理的灾难，它导致量子物理的诞生。 相关的实验有：斯特藩定律 列别节夫
8、光压公式 基尔霍夫定律 推导出普朗克公式。2.8 磁介质的热力学2.8 磁介质的热力学 磁介质：研究受到非机械力作用的物理系统的行为。 固体体积变化可略去，主要是磁性质与温度间的关系。 磁介质的内能与极化的表达式比较多，但结果是相同的。磁介质功的表达式外界对磁场作的功 VHdMHVdMHdVHWdmHMMHBBVHdBWd020017002104 真空磁导率是磁介质的磁化强度是磁介质的磁感应强度, HdmWdVHdMWdVHdMHVdVHdMHVdWd0002002022 介质磁化的功激发磁场的功 m=VM 表示介质的总磁矩 磁介质的热力学基本方程 磁介质位体积的第二个方程只适用于单是整个介质
9、的参量第一个两种方式都可以VUSHdMVPdVdUTdSHdmPdVdUTdS,00 磁介质的热力学函数磁介质的热力学表达式： 不考虑体积的变化条件下 mdHSdTdGmHTSUGmVHPHdmTdSdU0000 , HHHTSHSTHTCTTmSTHSHTSTTHHSTmHSmdHSdTdG 0001 在绝热条件下改变磁场时磁 介质温度的变化 顺磁物质在磁场变化下对温度的响应430210THTTCCHTCVHTHTCVTmHTCVmSHHSH 德拜定律在低温下居理定律顺磁物质的磁介质遵守, 磁介质对压强的响应压磁效应磁致伸缩效应 HTPTHTPTPmHVPmHVmdHVdPSdTdGHmPV
10、TSUG,000 获得低温的方法 气体的节流过程 绝热膨胀过程 可达到 1 K的低温。 液化氢：（1898年） 液化氦：（1908年） （1934年） 绝热去磁（1926年） 可产生 1 K 以下温度。 获得低温的进展 节流过程：1898年由杜瓦将氢液化达到20.4K 氦的液化临界温度 6K1922 年昂尼斯利用节流与绝热蒸发致冷达到0.83K 科学与工程的需求 绝热去磁发展用绝热去磁法获得低温 利用顺磁盐 先用液氦冷却到1K 再加强磁场，让氦将热量带走 硫酸釓0.25K(1933) 硫酸铁铵0.038K 硝酸铈镁0.42mK 利用磁矩排列的原理来降温创世界记录 1956年开创了核自旋绝热去磁的技术 利用铜和镍镨合金两种材料可达到K的水平 1990年已获得800PK 如何测量呢？
