热力学的特点和难点 Q同时考虑多方面的性质，复杂和抽象得多 参数多：T,p,V,S,N, 选择多：(T,p),(T,V),(p,V… 器)（器）、（器），（器） Q不同物理量之间的关系很复杂 最简单的力学体系：K=mv2/2,U=mgh 最简单的热力学体系：S=NkB In N 2mπkBT3/21. Q抽象 F=U-TS,G=F-pV, 大量抽象的物理量，很难或者无法测量， 和原始物理量没有很直观的关系。 "Entropy Measurement in Strongly Coupled Complex Plas- mas",F.Wieben and D.Block,PRL 123,225001 (2019)
热力学的特点和难点 同时考虑多方面的性质，复杂和抽象得多 参数多：𝑇, 𝑝, 𝑉, 𝑆, 𝑁, · · · 选择多：(𝑇, 𝑝), (𝑇, 𝑉)，(𝑝, 𝑉)，· · · 𝜕𝑝 𝜕𝑇 𝑉 ， 𝜕𝑝 𝜕𝑇 𝑆 ， 𝜕𝑉 𝜕𝑇 𝑝 ， 𝜕𝑉 𝜕𝑇 𝑆 ，· · · 不同物理量之间的关系很复杂 最简单的力学体系：𝐾 = 𝑚𝑣2 /2，𝑈 = 𝑚𝑔ℎ 最简单的热力学体系：𝑆 = 𝑁 𝑘𝐵 lnh 𝑁 𝑉 2𝑚𝜋𝑘𝐵𝑇 ℎ 2 3/2 i + 5 2 𝑁 𝑘𝐵 抽象 𝐹 = 𝑈 − 𝑇 𝑆，𝐺 = 𝐹 − 𝑝𝑉，· · · 大量抽象的物理量，很难或者无法测量， 和原始物理量没有很直观的关系。 “Entropy Measurement in Strongly Coupled Complex Plasmas”, F. Wieben and D. Block，PRL 123, 225001 (2019)
学习方法 。从简单到复杂 单元单相系统（只有一种化学物质，空间均匀体系），并且 多数的时候只考虑一类性质（如力学） 一单元复相系统（一种物质，空间不均匀系统） 曰多元复相系统 Q从历史角度理解为什么要引入这些物理量 @大量的讨论和练习 "Thermodynamics is a funny subject.The first time you go through it,you don't understand it at all.The second time you go through it,you think you understand it,except for one or two small points.The third time you go through it,you know you don't understand it,but by that time you are so used to it,it doesn't bother you anymore." Arnold Sommerfeld,quotes from "Order and Chaos-Laws of Energy and Entropy",S.W.Angrist and L.G.Helper (1967)
学习方法 从简单到复杂 单元单相系统（只有一种化学物质，空间均匀体系），并且 多数的时候只考虑一类性质（如力学） ⇒ 单元复相系统（一种物质，空间不均匀系统） ⇒ 多元复相系统 从历史角度理解为什么要引入这些物理量 大量的讨论和练习 “Thermodynamics is a funny subject. The first time you go through it, you don’t understand it at all. The second time you go through it, you think you understand it, except for one or two small points. The third time you go through it, you know you don’t understand it, but by that time you are so used to it, it doesn’t bother you anymore.” Arnold Sommerfeld，quotes from “Order and Chaos —– Laws of Energy and Entropy”, S. W. Angrist and L. G. Helper (1967)
1.2温度：热力学第零定律 温度的直观认识 ©温度是描述物体的冷热程度的物理量，直接和感官相连 Q感官系统可能不准确，并且测量范围太狭窄 。先把双手放在一冷一热、不同温度的水里，过一阵子后同时 放到统一盆温水里，双手感觉不同 Q冬天里相同温度的金属和木头，用手感觉金属更冷 Q湖面冬暖夏凉 。不同的人对冷热感觉不同，没有统一标准 Q…… Q温度计 Q原理：温度改变，某些物质的宏观性质发生改变 通过测量某种物质的某些宏观参量一温度 Q不同温度计测量结果之间能否转换？如何转换？ Q是否存在一个普适的温度？ 热力学第零定律
1.2 温度：热力学第零定律 温度的直观认识 温度是描述物体的冷热程度的物理量，直接和感官相连 感官系统可能不准确，并且测量范围太狭窄 先把双手放在一冷一热、不同温度的水里，过一阵子后同时 放到统一盆温水里，双手感觉不同 冬天里相同温度的金属和木头，用手感觉金属更冷 湖面冬暖夏凉 不同的人对冷热感觉不同，没有统一标准 · · · 温度计 原理：温度改变，某些物质的宏观性质发生改变 通过测量某种物质的某些宏观参量 ⇒ 温度 不同温度计测量结果之间能否转换？如何转换？ 是否存在一个普适的温度？ ☞ 热力学第零定律
热力学第零定律 Q1909年Caratheodary提出热力学公理化，试图严格定义与 热有关的物理量。使得温度、内能、熵等物理量超越感官。 Caratheéodary把三个定律当成基本的“公理”：热平衡定 律，热力学第一定律（能量守恒定律）以及热力学第二定律。 Q其中温度这个物理量的存在由热平衡定律确定。 o.Planck在自己的书“Theory of Heat”介绍了Caratheodary 的工作，引起了物理学家们的注意。 Q1930年Fowler把热平衡定律命名为第零定律。 Q单个孤立系统经过足够长时间演化之后达到的平衡态。系统 宏观参量不随时间改变。这些宏观参量只包括力学、电磁学、 化学、几何等参量
热力学第零定律 1909 年 Carathéodary 提出热力学公理化，试图严格定义与 热有关的物理量。使得温度、内能、熵等物理量超越感官。 Carathéodary 把三个定律当成基本的“公理”：热平衡定 律，热力学第一定律（能量守恒定律）以及热力学第二定律。 其中温度这个物理量的存在由热平衡定律确定。 Planck 在自己的书“Theory of Heat”介绍了 Carathéodary 的工作，引起了物理学家们的注意。 1930 年 Fowler 把热平衡定律命名为第零定律。 单个孤立系统经过足够长时间演化之后达到的平衡态。系统 宏观参量不随时间改变。这些宏观参量只包括力学、电磁学、 化学、几何等参量
热平衡 ⑧热平衡：有热接触的两个系统，经过足够长时间的演化后达到 的状态 。热接触之前有A、B两个热力学系统：A由参量x,x吃，…，” 描述，B由参量yy%,…,ym描述。 Q达到热平衡之前，A、B无关，，巧，…，和，，…，ym 无关，可以自由变动。 Q热接触之后，A、B系统都发生改变，达到平衡之后，两个系统 的参量分别变为x1,x2,·,xm和y1,y2,·,ym。二者不再是 独立的，因此x和y有关系：F(x1,x2,…,xmy1,y2,·,ym)= 0 名
热平衡 ☞ 热平衡：有热接触的两个系统，经过足够长时间的演化后达到 的状态 热接触之前有 A、B 两个热力学系统：𝐴 由参量 𝑥 0 1 , 𝑥0 2 , · · · , 𝑥0 𝑛 描述，𝐵 由参量 𝑦 0 1 , 𝑦0 2 , · · · , 𝑦0 𝑚 描述。 达到热平衡之前，A、B 无关，𝑥 0 1 , 𝑥0 2 , · · · , 𝑥0 𝑛 和 𝑦 0 1 , 𝑦0 2 , · · · , 𝑦0 𝑚 无关，可以自由变动。 热接触之后，A、B 系统都发生改变，达到平衡之后，两个系统 的参量分别变为 𝑥1, 𝑥2, · · · , 𝑥𝑛 和 𝑦1, 𝑦2, · · · , 𝑦𝑚。二者不再是 独立的，因此 𝑥 和 𝑦 有关系：𝐹(𝑥1, 𝑥2, · · · , 𝑥𝑛; 𝑦1, 𝑦2, · · · , 𝑦𝑚) = 0