文档介绍：高分子及其混合体系的统计热力学
2005-6-14
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目录
热力学发展史
热力学概述
统计热力学概述
二组分混合体系的热力学平衡条件
高分子及其混合物的平均场统计热力学理论
近代物理方法在高分子理论研究中的应用
总结
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热力学发展史
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热力学发展史
人类很早就对热有所认识,并加以应用。但是将热力学当成一门科学且有定量的研究,则是由17世纪末开始的。也就是在温度计制造的技术成熟以后,才真正开启了对热力学的研究。
热力学发展史,基本上就是热力学与统计力学的发展史。大致可分为四个阶段。
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第一个阶段:17世纪末到19世纪中叶
此时期积累了大量的实验与观察的结果,并制造出蒸汽机,对于“热(Heat)”的本质展开研究与争论,为热力学的理论建立做好了准备。在19世纪前半叶,首先出现了卡诺理论,热机理论(第二定律的前身)和功热互换的原理(第一定律的基础)。这一阶段的热力学还停留在描述热力学的现象上,并未引进任何的数学式子。
热力学发展史
法国物理学家卡诺(Nicolas Leonard Sadi Carnot,1796~1823)生于巴黎。卡诺出色地运用了理想模型的研究方法,以他富于创造性的想象力,精心构思了理想化的热机——后称卡诺可逆热机(卡诺热机),提出了作为热力学重要理论基础的卡诺循环和卡诺定理,从理论上解决了提高热机效率的根本途径。
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第二阶段:19世纪中到19世纪70年代末
此阶段热力学的第一定律和第二定律已经完全理论化。由于功热互换原理建立了热力学第一定律,由第一定律和卡诺理论的结合,导致热力学第二定律的成熟。另一方面,以牛顿力学为基础的气体动力论也开始发展,但这时期人们并不了解热力学与气体动力论之间的关联。
1847年,亥姆霍兹发表《论力的守恒》,第一次系统地阐述了能量守恒原理,从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程,揭示其运动形式之间的统一性,它们不仅可以相互转化,而且在量上还有一种确定的关系。能量守恒与转化使物理学达到空前的综合与统一。
将能量守恒定律应用到热力学上,就是热力学第一定律。
热力学发展史
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第三阶段:19世纪70年末到20世纪初
这个时期内,首先由Bolzmann将热力学与分子动力学的理论结合,而导致统计热力学的诞生,同时它也提出非平衡态的理论基础,到20世纪初Gibbs提出系综理论,建立了统计力学的基础。
1877年,奥地利物理学家玻尔兹曼(Ludwig Eduard Boltzmann,1844~1906)发现了宏观的熵与体系的热力学几率的关系。他在使科学界接受热力学理论、尤其是热力学第二定律方面立下了汗马功劳。
热力学发展史
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第四个阶段:20世纪20年代至今
主要是量子力学的引进而建立了量子力学统计力学,同时非平衡态理论更进一步的发展,形成了近代理论与实验物理学中最重要的一环。
德国物理学家普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck, 1858~1947)是量子物理学的开创者和奠基人,他早期的研究领域主要是热力学,他的博士论文就是《论热力学的第二定律》。他在能斯特研究的基础上,利用统计理论指出:各种物质的完美晶体在绝对零度时熵为零。1911年普朗克也提出了对热力学第三定律的表述,即“与任何等温可逆过程相联系的熵变,随着温度的趋近于零而趋近于零”。
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热力学概述
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热力学的研究对象
热力学的方法和局限性
体系与环境
体系的分类
热力学平衡态
状态方程
热力学第一定律
热力学第二定律
热力学第二定律的本质
热力学概述
热力学第三定律
熵
熵增加原理
焓
亥姆霍兹自由能
吉布斯自由能
几个函数的定义式
变化的方向和平衡条件
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