热力学系统 状态与过程

专业物理

热力学系统、状态与过程

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一、热力学系统

1、系统

问题：什么是系统？ 问题：什么是热力学系统？ 从研究物体的宏观角度看，不涉及所研究 物体的具体结构时，宏观物体即可被看成是 一个有明确边界的连续介质系统即热力学系 统，简称系统。

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2、环境或外界

与系统存在密切联系（这种联系可理解为

存在作功、热量传递和粒子数交换）的系统以 外的部分称为外界或环境。

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3、热力学系统的分类

孤立系统(isolated system) 封闭系统(closed system) 开放系统（opened system) 问题：上述分类的依据是什么？

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二、系统的状态及描述

1、平衡态

（1）状态

宏观状态：宏观性质决定； 微观状态：微观粒子的速度与位置决定。

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（2）平衡态(equilibrium state)

在不受外界条件影响下，经过足够长时 间后系统必将达到一个宏观上看来不随时间 变化的状态，这种状态称为平衡态。

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（3）平衡条件

力学平衡条件 表现为压强处处相等。 系统内部各部分之间、系统与外部之间应达到 力学平衡。

问题：若不满足力学平衡条件会出现什么结果？

会出现粒子流。

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例：自由扩散

隔板刚抽走的瞬间系统处于非平衡态，但是 经过并不很长的时间，容器中的气体压强趋于均 匀，且不随时间变化，它已处于平衡态。

问题：何谓“自由”？

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热学平衡条件

表现为温度处处相等。

问题：若不满足热学平衡条件会出现 什么结果？

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例：热传导实验。

T2

T1

将一根均匀的金属棒两端分别与不同温 度的两个恒温热源接触，有热流不断地从高温 端流向低温端。开始时，杆中各点处的温度随时 间变化。

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问题：热流产生的原因是什么？ 问题：经足够长的时间系统处于什么状态？ 是否平衡态？

问题：系统最后所达态为各处温度不随时 间变化，这是什么态？

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有热流或粒子流情况下，各处宏观 状态均不随时间变化的状态称为稳恒态 （steady state），也称稳态或定（常） 态（stationaly state)。

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相平衡条件

表现为系统内各相物质达到稳定不变。

例：盛有水的密闭容器。

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化学平衡条件 表现为在无外场作用下系统各部分的化 学组成也应是处处相同的。

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系统处于平衡态必须同时满足力学平衡条

件、热学平衡条件、相平衡条件和化学平衡条

件，否则便处于非平衡状态。

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问题：有人说“宏观状态不随时间变化”或 “处 处均匀一致”是平衡态的判据，对吗？

问题：什么情况下才能同时满足上述四个平 衡条件？ 问题：是否空间各处压强、粒子数密度不均 匀的状态就一定是非平衡态？