材料熱力學與動力學1課件

主要教材(PrimaryTextbook)：

郝士明，材料熱力學，化學工業(yè)出版社，2004

徐瑞，材料熱力學與動力學，哈爾濱工業(yè)大學出版社主要教材(PrimaryTextbook)：

郝士明第一章導言1.1熱力學、動力學1.2材料熱力學和材料科學1.3課程主要內(nèi)容第一章導言1.1熱力學、動力學1.1熱力學、動力學1.熱力學(Thermodynamics)2.動力學(Kinetics)3.熱力學發(fā)展史4.熱力學分類6.熱力學方法5.熱力學的普適性1.1熱力學、動力學1.熱力學(Thermodynamic1.1.1TheDefinitionofThermodynamics

Thermodynamics:Theword“thermodynamics”comesfromthetwoGreekwords,“thermos”,meaningheat,and“dynamics”meaningpower.Thisdefinitionreflectsthehistoryofthermodynamicsasearlyworkinthefieldwasassociatedwiththedevelopmentandstudyofsteamengines.Thisdefinitionunfortunatelydoesn’treallytellusmuchaboutthesubject,nordoesitconveythatthermodynamicsisoneofthemostbasicscienceswithapplicationsinallfieldsofengineeringandscience.1.1.1TheDefinitionofThermo熱力學（thermodynamics）最初因研究熱和機械功相互轉(zhuǎn)化的關系而得名；進而發(fā)展成從能量觀點研究物質(zhì)的熱性質(zhì)和熱運動，以及建立有關平衡的一般規(guī)律的科學。熱力學是研究物質(zhì)體系的能量及其轉(zhuǎn)換的科學。Thermodynamicsisthefieldofsciencethatdealswithenergyanditstransformations.熱力學（thermodynamics）最初因研究熱和機械功相一種觀點：平衡態(tài)熱力學(體系的熱力學力和流均為0)重新命名為“熱靜力學（Thermostatics）非平衡態(tài)熱力學(涉及體系的熱力學力和流)才是名副其實的“熱力學（Thermodynamics）－Kinetics一種觀點：1.1.2Kinetics

熱力學（Thermodynamics）:研究過程的可能性。動力學（Kinetics）:過程變化速率和變化機理，即過程的現(xiàn)實性。任何一個體系，熱力學、動力學和物質(zhì)結(jié)構(gòu)三方面不是彼此孤立而是密切聯(lián)系的。動力學比熱力學要復雜的多，許多領域未開發(fā)，研究也極活躍。1.1.2Kinetics

熱力學（Thermodynam1.1.3.熱力學發(fā)展史

一門科學的歷史，是那門科學中最寶貴的一部分，科學只能給我們知識，而歷史卻給我們智慧。(啟示科學研究方法，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力)人類很早就對熱有所認識，并加以應用。但是將熱力學當成一門科學且有定量的研究，則是由17世紀末開始的，就是在溫度計的制造技術(shù)成熟以后，才真正開啟了對熱力學的研究。1.1.3.熱力學發(fā)展史

一門科學的歷史，是那門科學中最寶1.1.3.熱力學發(fā)展史

熱力學發(fā)展史，基本上就是熱力學與統(tǒng)計力學的發(fā)展史，約可分成四個階段：第一個階段：17世紀末到19世紀中葉此時期累積了大量的實驗與觀察的結(jié)果，并制造出蒸氣機，對于“熱(Heat)”的本質(zhì)展開研究與爭論，為熱力學的理論建立作好了熱身。在19世紀前半葉，首先出現(xiàn)了卡諾理論，熱機理論(第二定律的前身)和功熱互換的原理(第一定律的基礎)。這一階段的熱力學還留在描述熱力學的現(xiàn)象上，并未引進任何的數(shù)學算式。第二個階段：19世紀中到19世紀70年代末此階段熱力學的第一定律和第二定律已完全理論化。由于功熱互換原理建立了熱力學第一定律，由第一定律和卡諾理論的結(jié)合，導致熱力學第二定律的成熟。1.1.3.熱力學發(fā)展史

熱力學發(fā)展史，基本上就是熱力學與第三個階段：19世紀70年末到20世紀初這個時間內(nèi)，首先由波爾茲曼將熱力學與分子動力學的理論結(jié)合，而導致統(tǒng)計熱力學的誕生，同時他也提出非平衡態(tài)的理論基礎，至20世紀初吉布斯(Gibbs)提出系統(tǒng)理論建立統(tǒng)計力學的基礎。第四個階段：20世紀30年代到今主要是量子力學的引進而建立了量子統(tǒng)計力學，同時非平衡態(tài)理論更進一步的發(fā)展，形成了近代理論與實驗物理學中最重要的一環(huán)。材料熱力學與動力學1課件1.1.4.熱力學分類

三類：平衡態(tài)熱力學(可逆過程熱力學、經(jīng)典熱力學)統(tǒng)計熱力學非平衡態(tài)熱力學（線性、非線性非平衡）經(jīng)典熱力學研究的對象是平衡態(tài)，面對許多自然現(xiàn)象和社會現(xiàn)象的非平衡態(tài)，它顯得有些不足，所以對非平衡態(tài)熱力學的研究就尤為重要．1.1.4.熱力學分類

三類：1.1.5.熱力學的普適性

熱力學的主要基礎是熱力學第一定律及第二定律，它們是人類長期實踐的經(jīng)驗總結(jié)。熱力學具有一定的普適性，它的概念和方法可以應用于一切科學（物理學、化學、生物學）與工程領域，甚至宇宙學和社會科學(包括宗教)。代表性的有工程熱力學、化學熱力學（物理化學）以及材料熱力學等。工程熱力學:應用于機械化學熱力學:應用于化學現(xiàn)象或與化學有關的物理現(xiàn)象材料熱力學:在引述熱力學基本原理的基礎上，著重以固體材料為例說明這些原理的應用,實則是化學熱力學的引伸.1.1.5.熱力學的普適性

熱力學的主要基礎是熱力學第一定Atheoryisthemoreimpressive,thegreaterthesimplicityofitspremises,themoredifferentkindsofthingsitrelates,andthemoreextendeditsareaofapplicability.Thereforethedeepimpressionthatclassicalthermodynamicsmadeuponme.ItistheonlyphysicaltheoryofuniversalcontentwhichIamconvincedwillneverbeoverthrownwithintheframeworkofapplicabilityofitsbasicconcepts.A.Einste理論的推理前提越簡單，它所聯(lián)系的不同事物越多，它的應用范圍越廣泛，則這個理論給人的印象就越深刻。因此．經(jīng)典熱力學……是具有普遍內(nèi)容的唯一的物理理論。在它的基本概念適用的范圍內(nèi)，它絕不會被推翻。愛因斯坦．1949Atheoryisthemoreimpressiv1.1.6.熱力學方法

Thermodynamicsisdividedintotwomainsubjects:ClassicalThermodynamics：macroscopicandPhenomenalogicalStatisticalMechanics：microscopicandbasedonthequantumbehavioroftheconstituentatomsofthematerial1.1.6.熱力學方法

Thermodynamicsis1.1.6.熱力學方法-ClassicalThermodynamics

經(jīng)典熱力學方法屬于宏觀方法經(jīng)典熱力學：以大量粒子組成的宏觀系統(tǒng)作為研究對象，以經(jīng)驗概括出的熱力學第一、第二定律為理論基礎，引出或定義了熱力學能、焓、熵、亥姆霍茨函數(shù)、吉布斯函數(shù)，再加上p,V,T這些可由實驗直接測定的宏觀量作為系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)，利用這些宏觀性質(zhì)，經(jīng)過歸納與演繹推理，得到一系列熱力學公式或結(jié)論，用以解決物質(zhì)變化過程的能量平衡、相平衡和反應平衡等問題。特點：不涉及物質(zhì)系統(tǒng)內(nèi)部粒子的微觀結(jié)構(gòu)，只涉及物質(zhì)系統(tǒng)變化前后狀態(tài)的宏觀性質(zhì)。實踐證明，這種宏觀的熱力學方法是十分可靠的，它導出的結(jié)論有高度的可靠性和廣泛的普遍性。至今未發(fā)現(xiàn)過實踐中與熱力學理論所得結(jié)論相反的情況。1.1.6.熱力學方法-ClassicalThermod1.1.6.熱力學方法

宏觀熱力學的局限性:

它只能回答過程變化的可能性，不能回答變化的現(xiàn)實性；它能提出反應的必要條件，但不能提供充分條件；它能頂測某一過程能否向某一方向進行，以及進行的限度，但不能解決該過程進行所需的時間以及內(nèi)在原因和變化機制。(需借助統(tǒng)計物理學深入地涉及分子（或原子）微觀態(tài)的各種熱運動，即統(tǒng)計熱力學。)統(tǒng)計熱力學方法屬于從微觀到宏觀的方法。統(tǒng)計熱力學方法是在量子力學方法與經(jīng)典熱力學方法即微觀方法與宏觀方法之間架起的一座金橋，把二者有效地聯(lián)系在一起。1.1.6.熱力學方法

宏觀熱力學的局限性:1.1.6.熱力學方法-StatisticalThermodynamics

統(tǒng)計熱力學研究的對象：與經(jīng)典熱力學研究的對象一樣，都是由大量粒子組成的宏觀系統(tǒng)。經(jīng)典熱力學:是從宏觀系統(tǒng)的一些可由實驗直接測定的宏觀性質(zhì)p,V,T等出發(fā)，得到另一些宏觀性質(zhì)(熱力學能、焓、熵、亥姆霍茨函數(shù)、吉布斯函數(shù)等)。是從宏觀到宏觀的方法。統(tǒng)計熱力學:從組成系統(tǒng)的微觀粒子的性質(zhì)(如質(zhì)量、大小、振動頻率、轉(zhuǎn)動慣量等)出發(fā)，通過求統(tǒng)計概率的方法，定義出系統(tǒng)的正則配分函數(shù)或粒子的配分函數(shù)，并把它作為一個橋梁與系統(tǒng)的宏觀熱力學性質(zhì)聯(lián)系起來。從體系的具體結(jié)構(gòu)去計算熱力學函數(shù)。統(tǒng)計熱力學方法是從微觀到宏觀的方法，它補充了經(jīng)典熱力學方法的不足，填平了宏觀和微觀之間難以逾越的鴻溝。1.1.6.熱力學方法-StatisticalThermo1.2材料熱力學和材料科學

材料熱力學：Fromthe〝energy〞pointofviewtodiscusstheequilibriumofmatter。熱力學定律在材料問題中的應用，用來研究材料中相的穩(wěn)定性、相變的方向以及計算相變的驅(qū)動能量等。1.2.1材料科學與工程1.2.2材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能與能量的關系1.2.3材料熱力學的形成和發(fā)展1.2.4材料熱力學的研究目的和研究對象1.2.5材料熱力學研究的重要性1.2材料熱力學和材料科學

材料熱力學：Fromthe〝1.2.1材料科學與工程(MSE)四要素

材料科學與工程：研究各種材料的組成、結(jié)構(gòu)、制備加工工藝、材料性能和使用效能以及他們之間的關系之間的科學。1.2.1材料科學與工程(MSE)四要素

材料科學與工程：1.2.1材料科學與工程(MSE)

現(xiàn)代材料科學發(fā)展的主要特怔之一：對材料的微觀層次的認識在不斷進步。1.2.1材料科學與工程(MSE)

現(xiàn)代材料科學發(fā)展的主要材料熱力學與動力學1課件材料科學和材料熱力學

一種誤解：

只有在微觀尺度上對材料的直接分析才是深刻把握材料組織結(jié)構(gòu)形成規(guī)律的最主要內(nèi)容和最主要途徑；對焓、熵、自由能、活度等抽象的概念不再需要更多地加以注意。熱力學的主要長處正在于它的抽象性和演繹性；現(xiàn)代材料科學的每一次進步和發(fā)展都一直受到經(jīng)典熱力學和統(tǒng)計熱力學的支撐和幫助。材料熱力學的形成和發(fā)展正是材料科學走向成熟的標志之一材料科學和材料熱力學材料科學的進步拉動材料熱力學的發(fā)展；材料熱力學的發(fā)展又在為材料科學的進一步發(fā)展準備基礎和條件。材料科學和材料熱力學

一種誤解：材料熱力學與動力學1課件1.2.2材料熱力學的形成和發(fā)展

1876年GibbS相律的出現(xiàn):經(jīng)典熱力學的一個重要的里程碑。剛剛開始不久的材料組織的研究．便有了最基本的理論指導。1899年H.Roozeboom把相律應用到了多組元系統(tǒng)．把理解物質(zhì)內(nèi)可能存在的各種相及其平衡關系提升到了理性階段。1900年，Roberts-Austen通過實驗構(gòu)建了Fe-Fe3C相圖的最初的合理形式，使鋼鐵材料的研究一開始就有理論支撐。20世紀初G.Tamman等通過實驗建立了大量金屬系相圖．有力地推動了合金材料的開發(fā)，被認為是那個時代材料研究的主流基礎性工作。稍后出現(xiàn)的經(jīng)驗性溶體理論和20世紀30年代W.L.Brragg和E.J.Williams利用統(tǒng)計方法建立的自由能理論，使熱力學的分析研究有可能與對材料結(jié)構(gòu)的有序性等微觀認識結(jié)合起來；意義十分巨大。1.2.2材料熱力學的形成和發(fā)展

1876年GibbS相律1.2.2材料熱力學的形成和發(fā)展

50年代初R.Kikuchi提出了關于熵描述的現(xiàn)代統(tǒng)計理論，實際上己經(jīng)逐漸在探索把熱力學與第一原理（FirstPrinciple）計算結(jié)合起來的可能性。

60年代初M.Hillert等關于非平衡系統(tǒng)熱力學的研究，導致了失穩(wěn)分解（Spinodal分解）研究領域的出現(xiàn)，極大地豐富了材料組織形成規(guī)律的認識。20世紀70年代由L.Kaufman、M.Hillert等倡導的相圖熱力學計算，使金屬、陶瓷材料的相圖特別是多元相圖的研究走進了一個新的發(fā)展時期。在熱力學數(shù)據(jù)庫支持下相圖計算的逐漸成熟，形成了一種相平衡研究的CALPHAD模式。其意義更在于這使材料的研究逐漸在結(jié)束嘗試法（Trialanderror）階段，而步入根據(jù)實際需要進行材料設計的時代。1.2.2材料熱力學的形成和發(fā)展

50年代初R.Kik1.2.2材料熱力學的形成和發(fā)展

材料科學的開始：1864年Sorby用光學顯微鏡來研究鋼鐵的組織；材料科學的成熟：1970年材料設計的出現(xiàn)。這一個世紀中，材料熱力學一直都扮演著十分重要的角色。1.2.2材料熱力學的形成和發(fā)展

材料科學的開始：1861.2.3材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能與能量的關系

工程材料的四個重要的概念和共性問題：性能、結(jié)構(gòu)、過程和能量。性能：是材料的一種參量，用于表征材料在給定外界條件下的行為，它隨著材料的內(nèi)因和外因而改變。當外界條件一定時，其性能取決于材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)：組成材料的粒子種類、數(shù)量以及它們在運動中的排列方式。習慣上我們把前兩者叫做成分，后者叫做組織結(jié)構(gòu)。組織：可以借助于某種儀器直接觀察到的形貌。結(jié)構(gòu)：通過儀器測定后推測得到的原子排列方式。近代科學技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)打破了組織與結(jié)構(gòu)的界限。隨著電子顯微技術(shù)的進步，日前人們已經(jīng)可以運用高分辨電子顯微鏡或場離子顯微鏡直接觀察結(jié)構(gòu)，因此已經(jīng)沒有必要再區(qū)分組織和結(jié)構(gòu)了。1.2.3材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能與能量的關系

工程材料的四1.2.3材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能與能量的關系

工程材料的四個重要的概念和共性問題：性能、結(jié)構(gòu)、過程和能量。過程：事物由一種狀態(tài)到達另一種狀態(tài)需要經(jīng)歷一種或一系列過程。過程的三個重要問題：方向、途徑、結(jié)果這三個問題遵循著三條原理：(1)方向——沿著能量降低的方向發(fā)生(2)途徑一沿著阻力最小的途徑進行(3)結(jié)果—過程的結(jié)果是適者生存。能量降低、捷足先登、適者生存1.2.3材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能與能量的關系

1.2.3材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能與能量的關系

工程材料的四個重要的概念和共性問題：性能、結(jié)構(gòu)、過程和能量。能量：表征把物體由一種狀態(tài)改變?yōu)榱硪环N狀態(tài)需要做的功，即所消耗的能。材料中各種結(jié)構(gòu)的形成及各種過程的變化都涉及到能量的變化，能量決定著合金結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。1.2.3材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能與能量的關系

工程材料的四1.2.3材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能與能量的關系

能量：可以從能量的觀點理解材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性一個小球（原子）由高處滾落而下1.2.3材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能與能量的關系

能量：可以從1.2.3材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能與能量的關系

性能決定于結(jié)構(gòu)，而結(jié)構(gòu)決定于能量和過程材料研究，從形式和目的看，是研究材料的結(jié)構(gòu)和性能，而從根本上講是研究材料的能量和過程，這是材料熱力學所要解決的問題，也是這門學科的意義所在。材料熱力學：從能量的角度研究材料1.2.3材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能與能量的關系

性能決定于結(jié)改變材料顯微結(jié)構(gòu)的途徑

人們通過實驗改變材料的顯微組織（結(jié)構(gòu)）從而改進材料的性能。改變材料顯微結(jié)構(gòu)的途徑有：?合金化：改變材料成份、晶體結(jié)構(gòu)?加工：改變晶粒尺寸及形狀?熱處理：改變第二相形狀及分布材料科學家的任務：獲得滿足某種特種（殊）性能或用途的最佳顯微結(jié)構(gòu)的材料。改變材料顯微結(jié)構(gòu)的途徑

人們通過實驗改變材料的顯微組織（結(jié)構(gòu)材料顯微結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定

在材料科學領域中幾乎沒有一種實用材料的結(jié)構(gòu)在熱力學上是穩(wěn)定的。任何一種材料只有一種完全穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，而潛在的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)都是無限的，通常具有最佳性能的材料幾乎總是具有某種不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。具有滿足實用性能的最佳結(jié)構(gòu)都潛在著不穩(wěn)定性，在高溫下尤其如此，隨著時間推移，其結(jié)構(gòu)可能而且經(jīng)常轉(zhuǎn)變?yōu)椴淮笮枰男问?。由于材料顯微結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，經(jīng)常使材料性能不穩(wěn)定或惡化，從而造成大量材料報廢，得不到應用，喪失應有的經(jīng)濟效益。材料顯微結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定

在材料科學領域中幾乎沒有一種實用材料的1.2.4材料熱力學的研究目的和研究對象

材料熱力學的研究目的：揭示材料中的相和組織的形成規(guī)律。材料熱力學的主要研究對象：固態(tài)材料的熔化和凝固、固態(tài)相變、相平衡關系和相平衡成分、材料中顯微結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性程度、相變的方向及計算相變時的驅(qū)動能量等。材料熱力學：Fromthe〝energy〞pointofviewtodiscusstheequilibriumofmatter.熱力學定律在材料問題中的應用.1.2.4材料熱力學的研究目的和研究對象

材料熱力學的研究1.2.5材料熱力學研究的重要性

材料熱力學是材料研究的重要基礎。材料熱力學現(xiàn)在成了材料科學中一門主要的基礎課。它與物理系的“熱力學與統(tǒng)計物理”和化學系的“化學熱力學”鼎足而三，是材料科學中的一門重要基礎課程，如美國麻省理工學院在60年代立冶金及材料科學系，以后改名為材料科學與工程系的教學計劃中，材料熱力學居專業(yè)課的第一門課程。能熟練應用材料熱力學和動力學理論來分析問題和解決問題，是材料科學與工程專業(yè)研究人員應該具有的能力和素質(zhì)。需要注意的是：這一重要的基礎理論在材料科學與工程研究中的應用卻顯得不足，在鑄造、塑性加工和焊接等材料加工類學科研究中的應用則更少。近年來，將這門重要的基礎理論運用到材料科學和工程的研究中，取得了一定的進展。。1.2.5材料熱力學研究的重要性

材料熱力學是材料研究的重1.3本課程的主要內(nèi)容

討論經(jīng)典熱力學和統(tǒng)計熱力學在應用于分析和解決材料學問題時所產(chǎn)生的具體形式或特殊形式、解決和處理問題的方法以及一些重要的結(jié)論。1.3本課程的主要內(nèi)容

討論經(jīng)典熱力學和統(tǒng)計熱力學在應用于課程特點

熱力學理論較抽象，難以理解?公式推導很多。?與實際的材料研究問題關系密切。課程特點

熱力學理論較抽象，難以理解目標

能熟練應用材料熱力學和動力學理論來分析和解決材料研究、生產(chǎn)活動中遇到的問題。目標

能熟練應用材料熱力學和動力學理論來分析和解決材料第二章熱力學基礎

熱力學的有關基本概念和基本定律是材料熱力學的基礎熱力學3個（或稱4個）基本定律是經(jīng)典熱力學的核心和精髓。2.1熱力學基本概念2.2熱力學第零定律（熱平衡和溫度）2.3熱力學第一定律（能量關系)2.4熱力學第二定律（過程方向）2.5熱力學第三定律（熵值計算）第二章熱力學基礎

熱力學的有關基本概念和基本定律是材料熱力學2.1熱力學基本概念(Basicconcepts)

1.體系(system)和環(huán)境(surroundings)2.系統(tǒng)的狀態(tài)(State)和狀態(tài)函數(shù)(StateFunction)3.系統(tǒng)的過程與途徑4.體系的性質(zhì)5.熱力學平衡態(tài)2.1熱力學基本概念(Basicconcepts)

1.2.1熱力學基本概念

1.體系(system)和環(huán)境(surroundings):體系(system)：研究的對象(是大量分子、原子、離子等物質(zhì)微粒組成的宏觀集合體)。人為地將所研究的一定范圍的物體或空間與其余部分分開，作為我們研究的對象。環(huán)境(surroundings)：體系的周圍部分2.1熱力學基本概念

1.體系(system)和環(huán)境(s2.1熱力學基本概念

2.系統(tǒng)的狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)2.1熱力學基本概念狀態(tài)：體系有一定的外在的宏觀表現(xiàn)形式，這每一個外在表現(xiàn)形式稱作體系的一個狀態(tài)。狀態(tài)是體系所具有的宏觀性質(zhì)。狀態(tài)與性質(zhì)單值對應，因此:系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)也稱為系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)。當系統(tǒng)的狀態(tài)變化時，狀態(tài)函數(shù)的改變量只決定于系統(tǒng)的始態(tài)和終態(tài)，而與變化的過程或途徑無關。2.1熱力學基本概念

2.系統(tǒng)的狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)2.1熱力學基本概念

3．系統(tǒng)的過程與途徑過程：系統(tǒng)由始態(tài)變化到終態(tài)的過渡。途徑：完成過程的具體步驟。系統(tǒng)由始態(tài)變化到終態(tài)所經(jīng)歷的過程的總和。系統(tǒng)的變化過程分為:?p、V、T變化過程,?相變化過程,?化學變化過程等。2.1熱力學基本概念

3．系統(tǒng)的過程與途徑2.1熱力學基本概念

4.體系的性質(zhì):強度性質(zhì)(intensiveproperties)：與體系中所含物質(zhì)的量無關，無加和性(如p,T等)；

廣度(容量)性質(zhì)(extensiveproperties)：與體系中所含物質(zhì)的量有關，有加和性(如V,U,H……等)2.1熱力學基本概念

4.體系的性質(zhì):2.1熱力學基本概念

5.熱力學平衡態(tài)系統(tǒng)在一定環(huán)境條件下，經(jīng)足夠長的時間，其各部分可觀測到的宏觀性質(zhì)都不隨時間而變，此時系統(tǒng)所處的狀態(tài)叫熱力學平衡態(tài)。熱力學系統(tǒng)，必須同時實現(xiàn)以下幾個方面的平衡，才能建立熱力學平衡態(tài)：(i)熱平衡—系統(tǒng)各部分的溫度T相等；若系統(tǒng)不是絕熱的，則系統(tǒng)與環(huán)境的溫度也要相等。(ii)力平衡—系統(tǒng)各部分的壓力p相等；系統(tǒng)與環(huán)境的邊界不發(fā)生相對位移。(iii)質(zhì)平衡—體系和環(huán)境所含有的質(zhì)量不隨時間而變。(iv)化學平衡—若系統(tǒng)各物質(zhì)間可以發(fā)生化學反應，則達到平衡后，系統(tǒng)的組成不隨時間改變。2.1熱力學基本概念

5.熱力學平衡態(tài)2.2熱力學第