分子体系的热运动基本方程

宏观热现象是由宏观物体中大量微观粒子(原子、分子…等)相互作用产生的无规则混乱运动引起的.分子体系的温度愈高、体积愈大,它的混乱运动程度就愈大,我们引入一个物理量S来表征这种运动的混乱度. 我们可以看出,混乱度S是温度T和体积V的函数S(T,V),或为能量E和体积V的函数S(E,V).我们在本文中证明,在缓慢的可逆热运动过度中,通过作微观的功和宏观功的方法,给体系一无穷小的能量dE,使其混乱度与体积的变化分别为dS与dV,则三者有如下关系:dE=TdS-pdV.这就是在可逆过程中的热运动基本方程,也就是传统热力学中所称的热力学基本方程.     

对熵的几种错误看法的讨论

前不久,在《科学技术与辩证法》1993年第1期上见到“熵——百余年科学之误”(后面简称《熵》)一文,认为熵是“错误的概念”,因而主张全面否定它,笔者认为,《熵》文的一些观点是错误的,下面特择其要,加以分析、讨论,以使熵知识的推广、普及得以健康发展。 1.熵是“皇帝的新衣”吗? 《熵》文中说:“‘熵’是…‘皇帝的新衣’…除了给出符号之外,严格的说就什么也没有去讲。”我们认为,《熵》文的看法是不符合实际的。 关于熵的物理意义,现在已经基本上弄清楚了:从宏观上说,它是系统接近平衡态的量度,熵越大,说明系统越接近平衡态;从能量上说,它是系统能量不可用程度的量度,熵越大,系统的可用能就越少,即能量的质变坏了,变得越来越没有用了,因此,对于能量的利用,不仅要注意数量,而且还要注意质量,只有这样才能使有限的能源得到更合理的利用。 从微观(统计意义)上讲,熵是系统无序程度(混乱度)的量度,熵越大,系统的无序度也越大,这种关系可用公式。     

热学中统计熵的一种理论解析

大学物理教学过程中,适当给出一些有特色的数学推导,有利于学生理解相关的物理内容和构建相应的物理图像。理想气体的统计熵是热力学中一个重要概念,它与理想气体的体积和温度有关。本文根据测不准关系,提出理想气体分子最小空间概念。利用概率统计的基本知识,通过一定的数学处理,推导出一个统计熵的表达式。这个表达式包含了温度和体积对统计熵的贡献,与统计物理上经典表达式基本相同。这种方法比较简单、直观,有利于低年级理工科学生理解统计熵的物理意义。     

热力学中功的计算

热力学常常使用公式计算系统在压缩或膨胀时外界对系统所作的功.一般的热力学参考书[1]都说明公式(1)的适用条件是;从初态到终态的过程是一个准静态过程.此时P是系统的压强,也是外界压强,V1和V2分别是系统的初终态体积.有时虽然过程是非准静态,但外界压强P维持不变的情况下,公式(1)仍可应用,此时公式中的P理解为外界压强.按我们理解,公式(1)还有一个使用条件:系统整体没有运动.显然,如果系统在外界压强P的作用下整体作了位移,即使系统的体积始终保持不变,外界还是对系统作了功.这点,套用公式(1)是不可理解的.公式(1)是根据功等于作用力与…     

热熵、物熵和信熵对人类的影响

 熵是量度任何系统在微观层次上的无序程度的物理量。无序度越高则熵值越大。这个概念既包括能量和组成物质本身的无序度,还包括所有建构事物系统存贮的信息的无序度。我们把前者称之为热熵和物熵,而后者称之为信熵。它们之间是相互关联的,在认识这几种熵对人类生存环境的影响的前提下,更好地把握对热熵、物熵和信熵的平衡取舍,才能对人类社会的生存和可持续发展起到积极的作用。一、热熵和物熵的自然流向从能量角度来看,熵定律意味着自然进行的能量转化过程总是由有序度高的能量向有序度低的能量转化,这个过程必定朝着熵增加的方向进行。     

热力学中的相对论变换

以洛伦兹变换为基础讨论了理想气体体积、 压强、 内能、 温度、 熵等热力学量的相对论变换, 并从理想 气体状态方程和理想气体摩尔热容的角度说明了普朗克、 爱因斯坦和德布罗意给出的相对论温度变换更加合理     

真空，真的空吗？

真空,顾名思义即“一无所有”的空间,是一切自然现象存在演化的空间,那么,真空本质是什么?怎样理解“一无所有”呢?从物理学的发展来看,人类对真空的认识经历了一个由浅入深逐步深化的过程。 托里拆利关于大气压强测定的实验中,玻璃管内水银柱上方的空间,就被认为是“一无所有”的空间,也就是日常观念中的真空。学过物态变化的中学生就知道,由于液体的蒸发,固体的升华,玻璃管内仍然有     

熵定律的不可逆本质论

 熵定律,也就是热力学第二定律,是物理化学中的一个重要定律。无论从宏观的观点出发,还是从微观的角度分析,在热力学理论体系中,熵定律“占有至高无上的地位”。它与热力学第一定律一起,构成了复杂热力学系统能量转换、状态演化方向的度量和判据,且被广泛应用于科学和工程技术的许多领域。然而,如何引入熵定律,如何准确理解熵定律的物理内涵,并适度泛化熵定律,却一直是我们探讨的问题。1.熵定律的表述热力学第二定律,始于19世纪40年代人们对如何提高热机效率问题的研究。     

高压下硝基甲烷分子温度的密度泛函计算

用密度泛函理论在B3LYP/6-311++G(2d,2P)计算水平上对硝基甲烷分子进行了结构优化、频率和热化学分析.发现:在相同温度条件下改变压强,分子熵函数产生了改变,当温度和压强条件相同时,对于不同物质熵函数的改变是相同的.以热力学理论中麦克斯韦关系为基础,通过计算等温过程中分子的熵函数对压强的变化率,用数值拟合方法得到不同压强条件下分子温度的表达式:T=T0+(1-B)[18.3858+0.5392P]V0,式中T0、V0分别表示分子系统初态的温度和体积,T、V分别表示系统在末态的温度和体积,B是体积的压缩比.在选定参数的情况下该表达式可以计算不同压强条件下CHNO含能材料的分子温度.同时,以硝基甲烷为验证,选取基本参数V0和B,计算其在C-J条件对应的爆压14GPa下,分子温度为3461K,对应爱因斯坦温度,相当于3228cm-1的能量,在实验中该能量足以激发硝基甲烷分子内振动能量重新分配过程,有可能激发C-N键的红外振动而引起单分子分解反应的发生.因此,此表达式可用于预测含能材料撞击点火过程单分子分解可能的反应通道.     

熵与熵变

 在热力学中,为了判断一切不可逆的过程的进行方向,人们引入了熵的概念。熵是一个比较抽象的物理概念,它代表着自然界中所有不可逆过程的一个特有的判断标准。一、熵所量度的物理内容我们依据经典统计力学的观点讨论熵所量度的物理内容。设有一个不受外界影响的孤立系统。这个系统中每个粒子都在做无规则的热运动,粒子间不断地相互作用和碰撞着,大量粒子分布在各自不同的动力学状态。由于这是一个不受外界影响的孤立系统,系统的总能量和粒子数是恒定不变的,变化的只是所有粒子各自不同的动力学分布状态。在不同时刻,系统粒子不同的动力学分布状态对应不同的分布几率Ｐｉ。     

熵在非晶材料合成中的作用

熵作为系统的状态函数,对于真实物质体系而言是一个极为重要的物理量.在非晶态合金的制备过程中最具代表性的指导原则有"混乱原理"和井上三原则,二者皆与熵有着紧密的联系.在过去很长一段时间内,这些经验准则指导了大量新型非晶体系的发现,但近些年的实验结果对这些理论提出了质疑.除组元数目之外,还有其他尚待研究的因素也影响着合金体系的玻璃形成能力.本文总结了玻璃转变过程中熵在热力学条件、动力学条件和结构条件中所扮演的角色,阐述了其对玻璃形成能力产生的或正或反的影响.特别是对近几年发展起来的高熵非晶体系的研究有助于开发出临界尺寸更大的非晶合金,也有助于进一步探索多组元合金和非晶形成能力之间的关系.     

铝热力学特性的晶格动力学研究

在准谐近似下,利用准谐德拜模型通过亥母霍兹自由能构造出了铝在低于熔点温度范围内的物态方程和热力学特性。研究表明,在广泛的温度和压强范围内,铝的体积弹性模量和对应体积与有效的实验值一致,且其静态物态方程以及不同温度和压强下的热容量、熵、热膨胀系数等热力学特性也与有效的实验结果符合的很好。     

气体常数的新进展

气体常数R的定义来自理想气体的状态方程:其中V为理想气体的摩尔体积,p与T分别为该状态下气体的压强与温度. 然而,在实际测量中,我们不能直接从R=pV/T求R,因为实际测量的总是真实气体.对于真实气体,上式应改为其中B(T),C(T),…称为维里系数. 只有在恒定温度下,测量一系列不同压强下的气体密度,再外推到零压强(无限体积)的情况,才有可能获得理想气体的摩尔体积. 早先测量气体常数基本上都是沿着这条路线.这个方法被人们起了一个不太确切的名称,叫“有限密度法”. 一直到1973年,在历届基本物理常数平差中,气体常数的数值都是根据有限密度…     

温度及深度对钛中氦泡释放过程影响的分子动力学研究

利用分子动力学模拟方法对温度及He泡深度给金属Ti内He泡的体积、压强和释放过程等带来的影响进行了研究. 首先, 通过研究室温下He泡在金属Ti内不同深度处的状态, 得到He泡的形状、压强、体积等物理量随其深度的变化规律. 发现He泡压强随其深度增加逐渐变大, 体积则逐渐减小, 但当He泡深度增大到2.6 nm时, 二者均维持在某个固定值附近. 然后对包含有He泡的Ti体系在温度作用下的演化过程进行了模拟, 发现不同深度处He泡从金属Ti内释放出来所需要的临界温度有很大差别, 总体来看He泡越深, 释放所需的临界温度越高. 但不同温度下He原子的释放速率没有明显差别, 释放过程几乎均为瞬间完成. 最后通过对He泡内部压强和其上方金属Ti薄层的抗张强度进行统计对比, 阐述了金属Ti 体内He泡的释放机制: 当He泡内部压强大于其上方Ti薄层抗张强度时, He泡就会将Ti 薄层撕裂, 从而使He原子得到释放.     

帕斯卡水桶的制作

液体的压强公式p=pgh指出,液体的压强只跟液体的深度和密度有关系,而跟它的总重、体积都没有关系。为了帮助学生理解这个问题,课本上介绍了著名的帕斯卡水桶实验,但演示这个实验的器材,特别是裂桶不好找,对此我们可作如下改进。     

利用"对比法"判断气体状态参量的变化趋势

理想气体的温度、体积和压强三个状态参量之间的关系由气体状态方程pV/T=恒量决定。当气体状态发生变化时，判断某一个参量的变化趋势是一个比较复杂的问题。如图1，为p—T图中的状态变化曲线，状态由A变化到B，判断体积的变化趋势。     

测定空气定压比热与定容比热之比γ实验的改进

对一个容器中的空气进行压缩,然后迅速连通大气,实现绝热膨胀随后等容吸热,从系统压强的变化测定γ,是大家所熟悉的一个实验。实验书中一般只测系统压强的变化而不能测出温度的变化,这是因为系统温度变化很小(约～×10~(-1)℃),而一般的温度计本身的热容量相对于系统     

西南师范学院1984年招收攻读硕士学位研究生理论物理专业《统计物理》试题

1.试证以下热力学函数间的关系:(20分)式中M-磁矩,H-磁场强度,T-绝对温度,CM和CB分别是定M和定H的比热. b.对于p、V、T体系恒有: c、对于p、V、T体系,当V只是的函数时,则u只是T的函数.a、b二式中, p是压强; V是体积;T是温度;u是内能。 2.按下式定义函数Y(N,v,T):(20分)式中Q(N,V,T)为正则系综的配分函数。现在如果要保证函数Y(N,V,T)能正好表示以某个热力学势为特征势的配分函数时,则　应代表什么物理量;当进一步用配分函数Y(N,v,T)决定(N,v,T)体系的体积V,熵S和吉函G. 3.请分别用分子动力论和系综理论推导理想气体绝热方程…     

温度和温度计中的物理学原理

正1温度是一个抽象但可以测量的物理量温度是否可以测量?没有量熵仪,没有自由能测量仪,也没有夸克质量测量仪器等等,但是有温度计。从计量仪器的角度上,温度是可以测量的!或者说在物理学的角度上,温度是可以测量的!另外一方面,测量温度的时候,测量的实际是水银柱的长度,辐射通量等,这些都不是温度本身。在这种意义上,温度是一个抽象的概念,是不能直接测量的!这里需要一点哲学思辨。     

基于多尺度熵的Duffing混沌系统阈值确定方法

熵是热力学中表征物质状态的参量之一,是体系混乱程度的度量.一个信号的熵可以用来表示信号的复杂度. Duffing混沌系统从临界混沌状态向大尺度周期状态跃变的阈值是混沌系统分析的一个重要参数,它的求解方法是混沌理论目前亟待解决的问题之一.然而传统的实验分析法或者定量分析法存在一定的局限性.本文在研究中发现,系统处于混沌态和周期态时输出的多尺度熵值存在较大差异,且当系统进入周期态后多尺度熵值趋于平稳,基于这一现象结合遗传算法提出了基于多尺度熵的Duffing混沌系统阈值确定方法.利用该方法对正弦信号和方波信号的检测系统跃变阈值进行了计算,结果表明该方法快速准确且计算简单.