熱力學思考題答案彙總
第一章熱力學的基本規律
什麼是熱力學平衡態(弛豫時間、熱動平衡)
熱力學平衡態：孤立系經過足夠長的時間後，各種巨集觀性質在長時間內不發生變化
弛豫時間：系統由初始狀態達到熱力學平衡態的時間 ，決定於趨向平衡的過程的性質。
熱動平衡：雖然平衡態下的巨集觀性質不隨時間變化，但系統的微觀粒子仍在不斷運動
漲落：平衡態下的巨集觀物理量在平均值附近的變化
非孤立系的平衡態：將系統與外界看作復合的孤立系
什麼是熱力學第零、一、二定律(及其表示式)
熱力學第零定律：如果兩個系統a和b各自與第三個系統達到熱平衡，那麼a和b之間也處於熱平衡
熱力學第一定律：系統在終態 b 和初態 a 的內能之差ub- ua 等於過程中外界對系統所作的功與系統從外界吸收的熱量之和
熱力學第一定律就是能量守恆定律：自然界的一切物質都具有能量，能量有各種不同的形式，可以從一種形式轉化為另一種形式，從乙個物體傳遞到另乙個物體，在傳遞與轉化的過程中能量的數量不變
熱力學第一定律的另外一種表述：第一類永動機是不可能造成的
q +ws = ub- ua 熱力學第一定律的數學表示式
熱力學第二定律的兩種表述
克氏表述：不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化
開氏表述：不可能從單一熱源吸熱使之完全變成有用的功而不引起其它變化
熱力學第二定律開氏表述的另外一種說法：第二類永動機是不可能造成的
什麼是物質的物態方程(理想氣體、范氏方程)
物態方程的一般形式和相關物理量
物態方程的一般形式
由熱平衡定律，平衡態下的熱力學系統存在狀態函式(溫度)，物態方程就是溫度與狀態參量之間的函式關係 f(p,v,t )=0
相關物理量
體脹係數α：壓強不變，溫度公升高1k的體積相對變化
壓強係數β：體積不變，溫度公升高1k的壓強相對變化
等溫壓縮係數 kt ：溫度不變,增加壓強的體積相對變化
體脹係數α、壓強係數β和等溫壓縮係數的關係
加熱固體或液體時很難實現體積不變，即壓強係數β很難直接測量，通常是通過α和間接測量β
物態方程和三個係數的關係
由物態方程，可以求得α、β和
由α和 ，可以得到物態方程的資訊
理想氣體(氣體的壓強趨於零)
玻意耳定律：對於固定質量的氣體，當溫度不變時，壓強 p 和體積 v 的乘積是乙個常數
pv=c
阿氏定律：相同的溫度和壓強下，相等體積的各種氣體的質量與各自的分子量成正比，即物質的量相等
物態方程： pv=nrt r=
焦耳定律→上式中的t是理想氣體溫標=熱力學溫標
理想氣體：嚴格遵從玻意耳定律、阿氏定律和焦耳定律的氣體
微觀角度的理想氣體：氣體分子之間的相互作用可忽略不計正規化方程)
范氏方程：基於理想氣體物態方程，考慮分子間的相互作用(nb是斥力項，an 2/v 2是引力項)
什麼是功的一般表示式
什麼是摩爾熱容量、等容/等壓熱容量、內能
什麼是理想氣體的卡諾迴圈(及其效率)
熱力學把嚴格遵守玻意爾定律，焦耳定律，阿氏定律規律的氣體稱為理想氣體
組成的迴圈。
什麼是溫度、溫標、理想氣體溫、標熱力學溫標、熱力學溫標表示的可逆卡諾熱機效率
溫度：表徵物體的冷熱程度的物理量
即用任何一種氣體，無論定容還是定壓所建立的一種溫標，在氣體壓強趨於零時的極限溫標稱為「理想氣體溫標」 定義為
熱力學溫標：兩個溫度的比值是通過熱量的比值來定義，引進的溫標與具體工作物質的特性無關，是一種絕對溫標；並設定以水的三相點的溫度為 273.16 k
什麼是克勞修斯等式與不等式
什麼是可逆過程的克勞修斯等式和熵的定義，熱力學基本方程
熵的定義
熱力學基本方程
什麼是熵、熵增加原理、自由能，吉布斯函式
自由能函式
吉布斯函式
第二章1、寫出內能、焓、自由能和吉布斯函式的全微分
2、什麼是簡單系統的麥氏關係
3、如何用麥氏關係表示定壓和定容熱容量
4、什麼是節流過程、焦耳-湯姆孫效應和焦湯係數
節流過程：氣體從高壓區經過多孔塞緩慢地流到低壓區，並達到定常狀態
焦耳-湯姆孫效應：在節流過程前後，氣體的溫度發生了變化
焦湯係數：在焓不變條件下，氣體的溫度隨壓強的變化率
5、寫出以t,v或t,p為狀態參量的物態方程、內能和熵
6、什麼是特性函式，寫出四個特性函式及其狀態參量
選擇適當的自然變數，只要知道乙個熱力學函式，就可以通過求該函式的偏導數，得到均勻系統的全部熱力學函式，從而完全確定均勻系統的平衡性質
內能u(s,v)、焓h(s,p)、自由能f(t,v)和吉布斯函式g(t,p)都是特性函式
7、寫出自由能與熵、物態方程的關係，及其吉布斯-亥姆霍茲方程
8、寫出吉布斯函式與熵、物態方程的關係，及其吉布斯-亥姆霍茲方程
9、什麼是熱輻射、平衡輻射、黑體輻射、輻射通量密度、斯特藩－玻耳茲曼定律、基爾霍夫定律和絕對黑體
熱輻射：受熱的物體會輻射電磁波，稱為熱輻射
平衡輻射：如果輻射體對電磁波的吸收和輻射達到平衡，熱輻射的特性將只取決於溫度，與輻射的其它特性無關
黑體輻射：保持一定溫度的封閉空窖的窖壁不斷向空窖發射並吸收電磁波，窖內輻射場與窖壁達到即平衡輻射後，二者具有共同的溫度，稱為黑體輻射
基爾霍夫定律：所有物體在任何頻率的面輻射強度與吸收因數之比都相同，是頻率和溫度的普適函式
10、什麼是絕熱去磁製冷、磁致伸縮和壓磁效應
第六章什麼是運動狀態、經典描述和量子描述
運動狀態：粒子的力**動狀態。
經典描述：如果遵從經典力學的運動規律，對粒子運動狀態的描述稱為經典描述
量子描述：如果遵從量子力學的運動規律，對粒子運動狀態的描述稱為量子描述
什麼是相空間(空間)、代表點和軌道
空間：廣義座標q1,…,qr和廣義動量p1,…,pr的2r維空間
代表點：粒子在某時刻的力學狀態(q1,…,qr; p1,…,pr)用空間中的一點表示。
軌道：代表點在空間中的移動
什麼是量子態、量子數、簡併度和相格
量子態：在量子力學中，微觀粒子的運動狀態稱為量子態
量子數：量子態由一組數表徵，稱為量子數。（量子數的數目等於粒子自由度的數目）
簡併度：乙個能級的量子態數稱為該能級的簡併度
相格：如果用座標q和動量p來描述粒子的運動狀態，乙個狀態必然對應於空間的體積，叫做空間的乙個相格。一維時，相格大小為p q h。r維時，相格大小為∏prqr hr
什麼是系統的微觀運動狀態、全同粒子、全同粒子系統和近獨立粒子系統
系統的微觀運動狀態：系統的力**動狀態
全同粒子：屬性(質量、電荷、自旋等)完全相同的粒子
全同粒子系統：由全同粒子組成的系統
近獨立粒子系統：粒子間的相互作用很弱，其平均值遠小於單粒子的平均能量，系統的能量為單粒子能量之和
什麼是微觀粒子的全同性原理
微觀粒子的全同性原理：全同粒子不可分辨，交換任意兩個全同粒子，不改變整個系統的微觀運動狀態
什麼是玻色子和費公尺子
玻色子：整數自旋，如光子(自旋量子數1)
費公尺子：半整數自旋，如電子，子，質子，中子，自旋量子數都是1/2
注意：由奇數個費公尺子構成的復合粒也是玻色子，如1h原子，2h核，4he核，4he原子
由偶數個費公尺子構成的復合粒還是費公尺子，如2h原子，2h核，3h核
泡利不相容原理（對費公尺子適用）：乙個單體量子態最多能容納乙個
什麼是等概率原理
等概率原理：處在平衡狀態的孤立系統，具有滿足確定巨集觀條件的、大量可能的微觀狀態，它們出現機率相等
什麼是分布、最概然分布、微觀狀態數
分布：具有確定粒子數 n，體積 v，能量 e 的全同近獨立粒子
能級1(簡併度1)上有a1個粒子，能級2(簡併度2)上有a2個粒子，……，能級l(簡併度l)上有al個粒子，……。即分布
能級： 1, 2, …, l , …
簡併度：1,2, …, l , …
粒子數：a1, a2, …, al , …
分布 必須滿足條件
最概然分布：微觀狀態數最多的分布，出現的概率最大，稱為最概然分布
微觀狀態數：微觀狀態的數目？
寫出玻耳茲曼系統、玻色系統和費公尺系統的微觀狀態數
玻耳茲曼系統
玻色系統
費公尺系統
什麼是玻耳茲曼分布、玻色分布、費公尺分布(及其表示式)
玻耳茲曼分布：玻爾茲曼系統粒子的最概然分布
玻色分布：玻色系統的最概然分布
費公尺分布：費公尺系統的最概然分布
什麼是經典極限條件
經典極限條件：e>>1
第七章 寫出在定域系統中，配分函式，內能、廣義作用力、熵和自由能的統計表示式，熵的玻耳茲曼關係
熵 s 的統計表示式
寫出在經典極限的玻色和費公尺系統中，熵和自由能的統計表示式，熵的玻耳茲曼關係
經典極限的玻色和費公尺系統中
熵寫出在經典系統中，配分函式的統計表示式
寫出經典極限條件的兩種表述
什麼是麥克斯韋速度分布律、速率分布律
什麼是最概然速率、平均速率、方均根速率
什麼是能量均分定理
什麼是瑞利-金斯公式
平衡輻射
雙原子分子理想氣體的能量和配分函式包含哪部分
在玻耳茲曼分布下，什麼情況下的量子統計和經典統計的結果相同
在玻耳茲曼分布下，如果微觀粒子的任意兩個相鄰能級差遠小於熱運動能量 kt，那麼粒子能量就可以看作準連續變數，量子統計和經典統計的結果相同
寫出單原子理想氣體熵的經典和量子統計表示式
第八章1. 寫出在玻色和費公尺系統中，巨配分函式，內能、廣義作用力和熵的統計表示式，熵的玻耳茲曼關係
玻色系統
巨配分函式(關於 , , y 的函式)
平均總粒子數
內能外界對系統的廣義力
熵費公尺系統中只要更改一下符號即可：
2. 什麼是弱簡併理想氣體
弱簡併理想氣體滿足以下條件：
接近非簡併條件：e- 或 n3 小但不可忽略
不考慮分子的內部結構
符號：↑適用於費公尺系統，↓適用於玻色系統
3. 什麼是玻色—愛因斯坦凝聚及其性質
在 t < tc 時，有巨集觀數量級的粒子在能級 = 0 凝聚，稱為玻色—愛因斯坦凝聚
性質：凝聚體的能量、動量、熵為零(微觀狀態完全確定)
4. 什麼是關於玻色凝聚現象的實驗
4he的超流，鹼金屬氣體的玻色凝聚
5. 什麼是光子氣體
空窖內的輻射場可以看作光子氣體
材料熱力學複習思考題2019
複習思考題 1 簡要說明熱 功的定義。並說明二者的區別和聯絡 熱是體系與環境之間因溫度有差別爾進行交換或傳遞的能量 功是除熱以外其他能量的巨集觀傳遞形式 功與熱都不是體系的性質，與過程有關。在微觀上，熱是通過分子無序運動實現的，功則是通過分子定向運動完成的。2 什麼是狀態函式，狀態函式有哪些特點？體...
廣大複習之工程熱力學第2章思考題答案
乙的錯誤在於把抽氣過程按定質量系統經歷定溫過程進行處理。於是他認為體積增大一倍，壓力就減半。顯然在抽氣過程中，瓶內的氧氣是一種變質量的系統,即使把瓶內的氧氣與被抽走的氧氣取為乙個聯合系統，聯合系統內總質量雖然不變，但瓶內氧氣的引數與被抽放的氧氣的引數並不相同，也同樣無法按定質量的均勻系統進行處理。設...
廣大複習之工程熱力學第四章思考題答案
第四章思考題 4 1 容器被閘板分割為a b兩部分。a中氣體引數為pa ta，b為真空。現將隔板抽去，氣體作絕熱自由膨脹，終壓將為p2，試問終了溫度t2是否可用下式計算？為什麼?答 氣體作絕熱自由膨脹是不可逆絕熱過程，因此終了溫度t2不可用上式計算。4 2 今有任意兩過程a b，b c，b c兩點在...