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材料熱力學與動力學

時間:2019-05-13 11:48:54下載本文作者:會員上傳
簡介:寫寫幫文庫小編為你整理了多篇相關的《材料熱力學與動力學》,但愿對你工作學習有幫助,當然你在寫寫幫文庫還可以找到更多《材料熱力學與動力學》。

第一篇:材料熱力學與動力學

材料熱力學與動力學

參考書目:1.<> Peter Atkins , Julio de Paula.Oxford University Press 2002.2.<> William F.Smith 2006.3.<>WilliamD.Callister2009.※1.Cp為什么是個常數?(材料結構、德拜公式、量子力學)[注:此題老師不止兩次提到,有可能是考題哦] 練習題1 1.How to get microstructure picture and how to understand them.1)掃描電子顯微鏡(SEM),通過細聚焦電子束在樣品表面掃描激發出的各種物理信號來調制成像的顯微分析技術。

應用:形貌分析(顯微組織、斷口形貌、三維立體形態)

2)透射電子顯微鏡(TEM),是采用透過薄膜樣品的電子束成像來顯示樣品內部組織形態與結構。

應用:形貌分析(顯微組織和晶體缺陷)

3)X射線衍射(XRD),利用X射線在晶體中的衍射現象來分析材料的晶體結構、晶格參數、晶體缺陷(位錯等)、不同結構相的含量及內應力的方法。應用:點陣常數的測定、晶體對稱性的測定

4)電子探針(EPMA)利用聚焦的很細的電子束打在樣品的微觀區域,激發出樣品該區域的特征X射線。

應用:微區毫米范圍顯微結構分析。

縱坐標表示衍射強度,橫坐標2θ表示衍射方向(衍射線在空間分布的方位)2.From the OM(Optics Microscope光學顯微鏡)pictures of a kinds of steel and an ordinary piece of china ,you can derive what kinds of information ,please list that and make a short discussion.鋼鐵材料的顯微組織根據含碳量的不同各有不同,相同含碳量在不同溫度下的組織也有所不同。含碳量為0.77%的鋼稱為共析鋼;含碳量低于0.77%的鋼稱為亞共析鋼;含碳量為0.77~2.11%的鋼稱為過共析鋼;含碳量高于2.11%的稱為鑄鐵。不同含碳量和合金成分的鋼或鑄鐵,其顯微組織各不相同。同一成分的鋼或鑄鐵,經過不同的金屬熱處理后也具有不同的顯微組織。不同的顯微組織具有不同的性能,因此鋼鐵可以通過熱處理獲得不同的性能。鋼鐵顯微組織分析是研究鋼鐵和評定鋼鐵制品質量的重要手段。

普通陶瓷材料經過光學顯微鏡觀察表面有氣孔、金相、玻璃相 4.How to link microstructure with processing?

5.In your opinion ,how to deal with the solid state materials microstructure evolution is helpful to you work? 細晶強化:通過細化晶粒而使金屬材料力學性能提高的方法稱為細晶強化,工業上將通過細化晶粒以提高材料強度。方法:增加過冷度、變質處理、振動與攪拌、對于冷變形的金屬可以通過控制變形度、退火溫度來細化晶粒。

固溶強化:融入固溶體中的溶質原子造成晶格畸變,晶格畸變增大了位錯運動的阻力,使滑移難以進行,從而使合金固溶體的強度與硬度增加。這種通過融入某種溶質元素來形成固溶體而使金屬強化的現象稱為固溶強化。

加工硬化:金屬材料在再結晶溫度以下塑性變形時強度和硬度升高,而塑性和韌性降低的現象。又稱冷作硬化。產生原因是,金屬在塑性變形時,晶粒發生滑移,出現位錯的纏結,使晶粒拉長、破碎和纖維化,金屬內部產生了殘余應力等。加工硬化的程度通常用加工后與加工前表面層顯微硬度的比值和硬化層深度來表示。第二相強化:復相合金與單相合金相比,除基體相以外,還有第二相存在。當第二相以細小彌散的微粒均勻分布于基體相中時,將會產生顯著的強化作用,這種強化作用稱為第二相強化。第二相強化的主要原因是它們與位錯間的交互作用,阻礙了位錯運動,提高了合金的變形抗力。

時效強化:合金元素經固溶處理后,獲得過飽和固溶體。在隨后的室溫放置或低溫加熱保溫時,第二相從過飽和固溶體中析出,引起強度,硬度以及物理和化學性能的顯著變化,這一過程被稱為時效。

6.For a piece of Alumina ceramics(氧化鋁陶瓷),using which ways to get needed microstructure picture and from that to understand its structure development ,property specialty and control factors ,etc.金相顯微鏡,掃描電鏡觀察組織形貌。

電熔剛玉由于經過熔融工藝加工過程,因此一次晶體較大,一般較燒結a_A1203大幾倍甚至幾百倍;硬度高;脆性大;晶體邊界尖銳。燒結a-A1203具有晶界圓滑及高硬度的特點,它的顆粒由大量細小微晶團聚而成。由燒結法制備的a_A1203粉體,其顯微結構隨燒結溫度、添加劑、氣氛等條件的改變而改變。

Advice Reading 1.Considering standard china and its processing.從毛坯到產品,陶瓷材料需要二次加工,但由于硬脆特性,陶瓷的加工性比多屬材料困難得多,因此需要開發優質高效的陶瓷加工新工藝新技術。先進陶瓷的加工,涉及到陶瓷材料的性能,加工技術,檢測,連結和涂覆等許多方面。2.Discuss about the formation process of the tricalcium silicate(硅酸三鈣).3.Review about the iron-carbon phase and its application(7個區域).鐵碳合金相圖是研究鋼鐵的重要理論基礎,它反映了平衡狀態下鐵碳合金的成分、溫度、組織三者之間的關系。鐵碳相圖是制定各種熱加工及熱處理工藝的依據,利用它還可以分析鋼鐵材料的性能,從而作為選材的理淪根據,它是學習鐵碳合金的一個重要工具。

鐵碳相圖的應用可歸納為以下幾個方面: 第一個方面(1.估算碳鋼和鑄鐵鑄造熔化加熱溫度)

是對已確定了化學成分的鐵碳合金.參照鐵碳相圖選擇熱加工工藝方法。例如45鋼在800℃以上溫度范圍內處于塑性極好的單相奧氏體區,故它可在此溫度以上的區域進行鍛造加工,以獲得所需要的外觀形態及內部組織形態。而含碳量在2.11 %以上的鐵碳合金,無論加熱到什么溫度也無法獲得塑性良好的單相組織狀態。因此,無法使用鍛造加工方法進行成型加工,然而,它們的熔點卻明顯低于含碳量為2.11%以下的其它合金。因此,它們更適宜采用鑄造加工工藝。第二方面(2.估算碳鋼鍛造加熱溫度)

在選材的過程中,可通過對不同化學成分的合金在室溫時組織結構的分析,大致獲得這些不同化學成分的合金在性能上的差異,然后再依據零件的服役條件和性能要求選擇適宜的材料。例如,鐵碳合金隨著含碳量的提高,滲碳體的數量不僅越來越多,而且它的形態也在逐漸變化,進而導致機械性能規律性變化。第三方面(3.估算熱處理加熱溫度)

是鐵碳相圖與熱處理工藝有著十分密切的聯系。例如,淬火是強化鋼材的重要手段之一。它是通過使過冷奧氏體轉變為馬氏體而實現的。結合鐵碳相圖,我們便可知道為什么不同的鋼材(特別是指含碳量不同的鋼材)應選擇不同的淬火加熱溫度,亞共析鋼的正確淬火加熱溫度應為Ac3以上30 – 50℃。(4.確定碳含量己知的合金在仟意溫度下的平衡狀態)(5.分析碳鋼和鑄鐵的平衡相變過程及室溫平衡組織)

(1)由鐵碳相圖可知,含碳量小于2.11%的鐵碳合金在較高溫度下可得到單相奧氏體,即AESG 區,利用奧氏體的塑性好、變形抗力小,碳鋼鍛造時易于成形。

第二篇:化學熱力學動力學總結(寫寫幫整理)

化學熱力學動力學總結

大學《普通化學》的學習讓我們認識到了高中化學與大學化學的不同之處,雖說機械專業對化學的學習只要求認識,但化學這一自然科學的學習對材料科學還是有很大的幫助的,因此我們還是要了解相關知識的。

同時我們還應能夠去適應大學的化學,畢竟大學的更深入,理論性更強,分類也多了,一大堆理論。總結就是,高中學的是一些淺顯的結論及簡單的原理知識,大學將更深層次地學習這些結論,以及結論怎么得到的,更加嚴謹,符號也不同了,尤其是對高數知識的應用。

以下內容就是我對學完化學熱化學及化學反應的基本原理的總結,主要著手于對熱力學和動力學的認識及其重點知識和如何解決實際問題所述。熱力學和動力學的認識

熱力學是要了解化學反應進行的方向還有最大限度以及外界條件對平衡的影響,動力學則是了解反應進行的速率以及中間的歷程,就是常說的反應機理。最大的特點熱力學不考慮時間,只考慮化學反應始末狀態,動力學就要考慮時間。<熱力學>

從能量轉化觀點研究物質的熱性質,揭示能量從一種形式轉化為另一種形式時所遵從的宏觀規律。熱力學三定律是熱化學的基礎。

化學的熱力學就是將熱力學的原理應用于化學變化。化學的熱力學必須研究解決的問題是 方向性問題:反應能否自發進行;化學平衡問題:給定條件下,有多少反應物最大限度轉化為產物。一句話,化學熱力學只回答反應的可能性問題。化學熱力學的特點是: i.ii.iii.研究對象為大量分子的集合體,研究宏觀物質,具有統計意義。只考慮變化前后的凈結果,不考慮物質的微觀結構和反應機理。能判斷變化能否自發進行以及進行到什么程度,但不考慮所需時間。

化學熱化學的局限性:不知道機理 速率和微觀性質;只講可能性,不講現實性。<動力學>

化學動力學把熱力學的可能性變為現實性,滿足生產和科技的要求。化學動力學講反應速率(快慢)及其影響因素 反應機理(怎樣進行),即反應的現實性。化學動力學才回答反應的現實性問題。對于一個化學反應化學動力學必須研究的一個問題是:實現這種轉化需要多久時間?如何轉化?即:反應速率,反應機理。同時我認為化學熱力學是化學動力學的基礎,是為解決化學反應所服務的。<熱力學和動力學重點知識>

熱力學第一定律:若封閉系統由始態(U1)變到終態(U2),同時系統從環境吸熱(q)得功(w)則系統熱力學能的變化為

U=U2-U1=q+w 由此推導我們可以得到的重要的狀態函數焓H的特點:等壓且不做非體積功的過程熱在數值上等于系統的焓變;并且當焓變小于零時,表示系統放熱,焓變為正,系統吸熱。

蓋斯定律 : 在等容或等壓條件下,化學反應的反應熱只于反應的始態和終態有關,而與變化的途徑無關,蓋斯定律是我們計算反應的焓變的重要手段。

標準摩爾生成焓:規定在標準狀態下(100KPA,298.15K)由指定單質生成單位物質的量的純物質時反應的焓變叫做該物質的標準摩爾生成焓。用符號△fHθm表示,單位是千焦/摩(KJ/mol)。

生成焓是說明物質性質的重要熱化學數據,生成焓的負值越大,表明該物質鍵能越大,對熱越穩定。

標準摩爾熵:對于化學反應而言,若反應物和產物都處于標準狀態下,則反應過程的熵變,即為該反應的標準熵變。當反應進度為單位反應進度時,反應的標準熵變為該反應的標準摩爾熵變,以△rSm(-)表示。與反應的標準焓變的計算相似,化學反應的標準摩爾熵變,可由生成物與反應物的標準熵求得。即為:生成物熵值之和減反應物熵值之和。另熵值可以通過查表獲得。

物質的熵值規律:1,氣體>液體>固體;2,復雜分子>簡單分子;

吉布斯函數:ΔxHm<0而ΔrSm<0或ΔxHm>0而ΔrSm<0>0的情況,反應究竟向哪邊進行,則要綜合考慮△H和△S的影響來進一步討論。定義吉布斯自由能G=H-TS。因為H、T、S均為狀態函數所以G為狀態函數。吉布斯函數能夠幫助我們判斷反應是否能自發進行,如果ΔG<0,自發過程,正方向進行;ΔG=0,平衡狀態;ΔG<0,非自發過程。

由此可得轉變溫度T≈△rHθm/ΔrSm.等溫方程:但在很多時候,反應溫度并不都是在標準狀況下,引進相對分壓,我們可以得到ΔG=ΔG(標準)+RTInQ.化學平衡的移動及溫度對平衡常數的影響:平衡常數一般只受到溫度的影響,在有氣體參加、有氣體生成而且反應前后氣體分子數變化的反應中,在其他條件不變時,增大壓強(指壓縮氣體體積使壓強增大),平衡向氣體體積減小方向移動;減小壓強(指增大氣體體積使壓強減小),平衡向氣體體積增大的方向移動。<如何解決問題>

化學動力學與化學熱力學是相輔相成的,動力學的研究必須以熱力學的結果(肯定反應有可能發生)為前提條件,而熱力學只有與動力學相結合才能全面解決化學反應的實際問題。

化學熱力學考慮的是反應的進行方向,以計算熵變焓變吉布斯自由能來說明反應是否能夠進行,而不考慮反應的速率,反應實際上能進行到的限度;而化學動力學則是研究化學反映過程的速率和反應機理的,通過對于反應機理的推測考量,定性定量的研究速率,通過速率和實驗來推測反應機理。以上內容就是我學完第一 二章后對化學熱力學及動力學的認識和總結。

第三篇:熱力學與統計物理試題

1吉布斯相律的公式為()

(A)f =k+3+f(B)f =k+2-f(C)f =f+3-k(D)f =f+2+k

2關于一級相變和二級相變()

(A)一級相變有相變潛熱,二級相變無相變潛熱

(B)一級相變無相變潛熱,二級相變有相變潛熱

(C)兩種相變都有相變潛熱

(D)兩種相變都無相變潛熱

三、證明題

1證明理想氣體的內能與體積無關.2證明在S,V不變的情況下,平衡態的U最小.四 計算題將質量相同而溫度分別為T1和T2的兩杯水在等壓下絕熱地混合,求熵變 2在三相點附近,固態氨的蒸氣壓(單位為)方程為:

液態氨的蒸氣壓方程為:

試求氨三相點的溫度和壓強,氨的汽化熱、升華熱及在三相點的熔解熱

二、簡答題

1寫出宏觀狀態下, 玻爾茲曼系統, Bose系統, Fermi 系統的微觀狀態數目。2 等概率原理

三、計算題

1:試求絕對零度下電子氣體中電子的平均速率。

2:試給出固體熱容量的愛因斯坦理論

四、證明題根據玻爾茲曼系統的微觀狀態數用最可幾法導出玻爾茲曼系統的最概然分布。

第四篇:熱力學與統計物理學教學大綱

《熱力學與統計物理學》教學大綱

Thermodynamics and Statistical Mechanics

課程編號:適用專業:物理學(本科)

學時數:64學分數:4執筆者:鄭燕

一、課程性質和目的1、課程的性質:

熱力學與統計物理學是物理學專業一門理論必修主干課。

2、課程的目的:

本課程的目的在于針對熱運動的特點,建立一套熱力學和統計物理的基本知識和思想方法,從而為研究熱運動的規律、與熱運動有關的物性及宏觀物質系統的演化打下基礎,為進一步學習固體物理、天體物理等學科作好準備。

二、課程的基本要求

(1)首先必須使學生建立概率論方法的觀念。熱力學統計物理研究由大量微觀粒子或準粒子組成的,具有大量隨機變化自由度的宏觀系統。由于系統的自由度數目非常大和自由度的隨機性,即使我們徹底地掌握了單個粒子的運動規律和粒子間相互作用的規律,也不可能寫出全部運動方程,更無法準確知道并利用全部初始條件求解運動方程。必須明確的是,不能用純粹力學方法研究有大量隨機自由度的宏觀系統,不僅是由于技術上的困難,更重要的是,由于大量隨機自由度的存在,導致性質上出現全新的規律。因此研究這類系統的方法必須有本質上的改變,即由確定論的方法改變為概率論的方法。

(2)掌握熱力學的基本規律和統計物理的基本理論,理解系統的各種平衡條件和正則分布,了解系統的相變理論,非平衡態統計和漲落理論。會用來解決一些基本的和專業有關的熱運動方面的問題。

(3)使學生掌握科學的學習方法,真正達到從學會到會學。可采用從“滲透式”逐步推廣到“體會式”的教學法,培養學生有較強的獨立思考能力和創造能力,較快進入科學發展的前沿,養成辯證唯物主義的世界觀和方法論。

三、課程教學基本內容及各章的基本要求

按照課程建設的總體要求,本著“先進、有效、有用”的原則,按照刪、并、減、增、留的“五字方針”對物理學專業的重要基礎理論主干課程《熱力學與統計物理學》進行認真清理與重構,在此基礎上編寫出本教學大綱。講授內容和學時分配如下。

第零章緒論(1學時)

基本要求

(1)熱力學與統計物理學的研究對象、研究方法及發展的前沿動態;

(2)學習熱力學與統計物理學的意義、目標、方法。

第一章熱力學的基本定律(12學時)

1、基本要求

本章是熱力學與統計物理學的基礎,以熱力學第一定律、熱力學第二定律和熱力學基本方程為重點講授內容;將熱力學系統的平衡態及其描述、平衡定律和溫度、物態方程、準靜態功、熱力學第一定律、熱容量和焓、理想氣體的內能、絕熱過程、卡諾循環、熱力學第二定律作為自學內容,這些內容在熱學都已學過。

2、教學內容

(1)熱力學系統的平衡態及其描述;

(2)平衡定律和溫度;

(3)物態方程;

(4)準靜態功;

(5)熱力學第一定律;

(6)熱容量和焓;

(7)理想氣體的內能、絕熱過程、卡諾循環;

(8)熱力學第二定律;

(9)卡諾定理與熱力學溫標;

(10)克勞修斯等式和不等式;

(11)熵和熱力學基本方程;

(12)理想氣體的熵;

(13)熱力學第二定律的普遍表述;

(14)熵增加原理的簡單應用;

(15)自由能和吉布斯函數。

3、本章重難點

(1)本章重點是熱力學第二定律和熱力學基本方程;內能、焓、熵、自由能和吉布斯函數;

(2)本章的難點為建立熵的概念,應強調其物理意義。

第二章均勻物質的熱力學性質(5學時)

1、基本要求

本章是熱力學與統計物理的重點內容,以特性函數及其基本微分方程和麥克斯韋關系為重點講授內容,刪去低溫的獲得一節,將氣體的節流過程和絕熱膨脹過程作為自學內容。

2、教學內容

(1)內能、焓、自由能和吉布斯函數的全微分;

(2)麥克斯韋關系的簡單應用;

(3)氣體的節流過程和絕熱膨脹過程;

(4)基本熱力學函數的確定;

(5)特性函數;

(6)平衡輻射的熱力學;

(7)磁介質的熱力學。

3、本章重難點

本章重點是特性函數及其基本微分方程和麥克斯韋關系

第三章單元系的相變(6學時)

1、基本要求

本章是熱力學與統計物理較為重點的內容,以開放的熱力學基本方程為基礎重點講授單元系的復相平衡條件和平衡性質等內容,刪去臨界現象和臨界指數、朗道連續相變理論兩節,將臨界點和氣液兩相的轉變作為自學內容。

2、教學內容

(1)熱動平衡判據;

(2)開系的熱力學基本方程;

(3)單元系的復相平衡條件;

(4)單元復相系的平衡性質;

(5)臨界點和氣液兩相的轉變;

(6)液滴的形成;

(7)相變的分類。

3、本章重難點

(1)本章重點是開系的熱力學基本方程、單元系的復相平衡條件和平衡性質;

(2)本章難點是液滴的形成、二級相變。

第四章多元系的復相平衡和化學平衡(4學時)

1、基本要求

本章是熱力學與統計物理中非重點的內容,以多元系的熱力學函數和熱力學方程為基礎重點講授多元系的復相平衡條件、吉布斯相律、熱力學第三定律等內容,刪去化學平衡條件和理想氣體的化學平衡兩節,將二元系相圖舉例和混合理想氣體的性質作為自學內容。

2、教學內容

(1)多元系的熱力學函數和熱力學方程;

(2)多元系的復相平衡條件;

(3)吉布斯相律;

(4)二元系相圖舉例;

(5)化學平衡條件;

(7)熱力學第三定律。

3、本章重難點

(1)本章重點是多元系的熱力學函數和熱力學方程、吉布斯相律;

(2)本章難點是熱力學第三定律。

第六章近獨立粒子的最概然分布(13學時)

1、基本要求

本章是統計物理的基礎內容,是學好后續章節的根本,應作為重點內容講授,重點掌握粒子和系統運動狀態的描述、分布與微觀態的關系、三種分布。將等概率原理作為自學內容。

2、教學內容

(1)粒子運動狀態的經典描述;

(2)粒子運動狀態的量子描述;

(3)系統微觀運動狀態的描述;

(4)等概率原理;

(5)分布和微觀狀態;

(6)玻耳茲曼分布;

(7)玻色分布和費米分布;

(8)三種分布的關系。

3、本章重難點

(1)本章重點是分布和微觀狀態的關系、玻耳茲曼分布、玻色分布和費米分布;

(2)本章難點是分布和微觀狀態的關系,熟練掌握玻耳茲曼分布、玻色分布和費米分布以及三種分布的關系。

第七章玻耳茲曼統計(9學時)

1、基本要求

本章是熱力學與統計物理的重點內容,是統計物理的核心章節,以玻耳茲曼分布為基礎重點掌握熱力學量的統計表達式、統計物理處理問題的方法、玻耳茲曼統計的廣泛應用。刪去順磁性固體、負溫度狀態兩節,將理想氣體的熵作為自學內容。

2、教學內容

(1)熱力學量的統計表達式;

(2)理想氣體的物態方程;

(3)麥克斯韋速度分布律;

(4)能量均分定理;

(5)理想氣體的內能和熱容量;

(6)理想氣體的熵;

(7)固體熱容量的愛因斯坦理論。

3、本章重難點

(1)本章重點是熱力學量的統計表達式、玻耳茲曼統計處理問題的方法;

(2)本章難點是理想氣體的內能和熱容量、固體熱容量的愛因斯坦理論。

第八章玻色統計和費米統計(6學時)

1、基本要求

本章是熱力學與統計物理的重點內容,以玻色分布和費米分布為基礎重點掌握熱力學量的統計表達式;對光子氣體、自由電子氣體等應用。刪去簡并理想費米氣體簡例、準二維電子氣體與量子霍爾效應兩節,本章無自學要求。

2、教學內容

(1)熱力學量的統計表達式;

(2)弱簡并玻色氣體和費米氣體;

(3)光子氣體;

(4)玻色-愛因斯坦凝聚;

(5)金屬中的自由電子氣體;

(6)簡并理想費米氣體簡例。

3、本章重難點

(1)本章重點是熱力學量的統計表達式、光子氣體;

(2)本章難點是玻色-愛因斯坦凝聚、金屬中的自由電子氣體。

第九章系綜理論(8學時)

1、基本要求

在所研究的問題中計及粒子之間的相互作用,系統的能量表達式包含粒子間的相互作用的勢能。

2、教學內容

(1)相空間 劉維爾定理;

(2)微正則分布;

(3)微正則分布的熱力學公式;

(4)正則分布;

(5)正則分布的熱力學公式;

(6)巨正則分布的熱力學公式;

(7)巨正則分布的簡單應用。

3、本章重難點

本章重點是正則分布、正則分布、巨正則分布的熱力學公式

四、先修課程要求:

高等數學、普通物理、理論力學

五、考核方式

1、成績評定總則

期末總評成績由平時成績和期末卷面成績構成2、平時成績評定

平時成績由作業、提問、考勤、期中成績累加構成3、期末考核評定

期末總評成績=平時成績(占10%)+期末卷面成績(占90%)

六、建議教材及教學參考書:

教材:

汪志誠,《熱力學·統計物理》(第三版),高等教育出版社,2003 主要教學參考書目:

1、馬本堃,《熱力學與統計物理學》,高等教育出版社,19952、劉連壽,《理論物理基礎教程》,高等教育出版社,20033、王竹溪,《熱力學教程》,人民教育出版社,19794、王竹溪,《統計物理學導論》,人民教育出版社,19795、L.E.雷克(黃韻等譯),《統計物理現代教程》,北京大學出版社,19836、Walter Greiner,《Thermodynamics And Statistical Mechanics》,Springer,2004

第五篇:《熱力學與統計物理》教學大綱[范文]

《熱力學與統計物理》教學大綱

學分:學時:審 核 人:執 筆 人:面向專業:物理學

一、課程定位

教學對象:物理專業本科生

課程類型:理論物理方向必修課

二、教學目標

通過本課程的學習要求學生初步掌握與熱現象有關的、物質的宏觀物理性質的唯象理論與統計理論,并對二者的特點與聯系有一較全面的認識。為學習后續課程和獨立解決實際問題打下必要的基礎。

三、教學內容及要求

大綱基本內容(不帶*號部分)可在規定的72學時內完成。各章所注學時前一個數字為講授課時數后者為習題課、討論課等學時數。各節所附數字為講授時數。

第一章 熱力學的基本規律(10+0)

1.熱力學系統的平衡狀態及其描述

2.熱平衡定律和溫度

3.物態方程

4.功l

5.熱力學第一定律

6.熱容量和焓

7.理想氣體的內能

8.理想氣體的絕熱過程

9.理想氣體的卡諾循環

10.熱力學第二定律l

11.卡諾定理

12.熱力學溫標(*)

13.克勞修斯等式和不等式l

14.熵的熱力學基本方程1

15.理想氣體的熵1

16.熱力學第二定律的普遍表述1

17.熵增加原理的簡單應用1

18.自由能和吉布斯函數1

說明:在克勞修斯等式和不等式之前的內容與《熱學》課重復較多,除基本概念外可做復習性簡述,可避免重復。同時又能保證熱力學基本概念與規律的嚴格性與系統性.重點應放在熵的性質,熵增加原理的應用上。

第二章 均勻物質的熱力學性質(6+2)

1.能、焓、自由能和吉布斯函數的全微分

2.麥氏關系的簡單應用

3.氣體的節流過程和絕熱彭脹過程

14.基本熱力學函數的確定1

5.特性函數l

6.平衡輻射的熱力學1

7.磁介質的熱力學1

說明:本章是熱力學部分的重點,要求在講清輔助函數的性質及麥氏關系的基礎上.通過對各類體系的應用體現熱力學函數的應用方法和熱力學函數應用的普遍性;本章習題較多,安排2學時的習題課。

第三章 單元系的相變(8+0)

1.熱動平衡判據1

2.開系的基本熱力學方程1

3.單元系的復相平衡條件1

4.單元復相系的平衡性質1

5.臨界點和氣液兩相的轉變1

6.液滴的形成2

7.相變的分類1

8.臨界現象和I臨界指數(*)

9.朗道連續相變理論(*)

第四章 多元系的復相平衡和化學平衡(4+0)

1.多元系的熱力學函數和熱力學方程l

2.多元系的復相平衡條件1

3.吉布斯相律1

4.熱力學第三定律1

第五章 不可逆熱力學簡介(*)

第六章近獨立粒子的最概然分布

1.系統微觀運動狀態的描述1

2.等概率原理

3.分布和微觀狀態2

4.玻爾茲曼分布2

5.粒子運動狀態的經典描述

6.粒子運動狀態的量子描述

7.玻色分布和費米分布l

8.三種分布的關系1

第七章 玻耳茲曼統計(14+2)

1.熱力學量的統計表達式2

2.理想氣體的物態方程2

3.麥克斯韋速度分布律2

4.能量均分定理2(10+0)

5.理想氣體的內能和熱容量(*)

6.理想氣體的熵2

7.固體熱容量的愛因斯坦理論2

8.順磁性固體(*)

9.負溫度狀態2

說明:這一部分是經典統計的重點,內容較多,安排2學時的習題課。

第八章 玻色統計和費米統計(8+0)

1.熱力學量的統計表達式1

2.弱簡并玻色氣體和費米氣體(*)

3.光子氣體2

4.玻色一愛因斯坦凝聚2

5.金屬中的自由電子氣體2

6.簡并理想費米氣體簡例l

7.二維電子氣體與量子霍爾效應(*)

說明:這部分是量子統計的重點,在實際中應用廣泛而重要,對深化人們對量子世界的認識非常有意義,可對學生提高要求。

第九章 系綜理論(8+0)

1.相空間劉維爾定理1

2.微正則分布l

3.微正則分布的熱力學公式1

4.正則分布l

5.正則分布的熱力學公式1

6.實際氣體的物態方程1

7.巨正則分布1

8.巨正則分布的熱力學公式1

9.巨正則分布的簡單應用(*)

說明:微正則系綜可以作為基本假設而省去劉維爾定理,巨正則分布的分布函數及熱力學公式也可以不做推導只給出結果,闡明意義。

第十章 漲落理論(*)

第十一章 非平衡態的統計理論(*)

四、考核方式、方法

閉卷考試,平時成績30%,卷面成績70%。

五、主要參考書

(1)龔昌德《熱力學與統計物理學》高等教育出版社,1982年

(2)蘇汝鏗《統計物理學》復旦大學出版社,1990年

(3)鐘云霄《熱力學與統計物理》科學出版杜,1988年

(4)陳光旨《熱力學統計物理基礎》廣西師范大學出版社,1989年

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