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热力学的核心是系统的特性函数

已有 6258 次阅读 2015-11-8 17:03 |系统分类:教学心得| 热力学第二定律, 理想气体, 特性函数

 如果认为热力学课程内容庞杂、公式众多、难以理解和掌握,我认为问题的关键在于没有把系统的特性函数看作热力学的核心内容。

 对热力学特性函数的深刻把握,才是掌握整个经典热力学理论体系的关键。

 所以,老师们在讲授热力学之前, 一定要先告诉学生:对于热力学系统,有一些“神奇”的函数。一旦找到这个函数,一定状态下系统的所有热力学性质都可以从中得到,并且系统在任意过程中与环境交换的热与功也可算出(可逆条件下),还有(尤其对我们搞材料研究的人最重要的一点),这个函数的变化方向(函数值增加还是减少),决定了自发过程的方向。

 这些函数称为“特性函数”。

 激发了学生们的好奇心,后面就是一步一步引导学生找出这些特性函数。搜寻工作采用的工具主要是三大热力学基本定律(第0到第二定律)。


 由这三大热力学基本定律找出特性函数及过程自发性判据的过程中,热力学第二定律的数学表达式如果还是按照通常教材的做法,从卡诺定律引出,相信无论对老师还是学生来说,都是有一定挑战性的。也许下面的方法可以简洁一些:





至于可逆条件下系统的热温商为什么是状态函数(S)的全微分,显然这是由绝对温标T的理性气体定义及理想气体的性质引出的结果(这里要强调热力学第0定律的功劳)。这里不罗嗦了。



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