玻尔兹曼及其对热力学理论的贡献

第1章：绪论

近年来有许多关于玻尔兹曼及其理论的研究，虽然这些研究都十分精辟，但是我们看到的都只是玻尔兹曼及其理论的一部分，就好比我们只看到一棵大树的许多枝条和树叶，但是始终没有去把握去观察这棵树的树干，所以我们还需要对玻尔兹曼的人生经历的梳理和他对热力学理论的贡献的概括总结！

本文在阅读大量的期刊，对玻尔兹曼有了比较完整的认识的基础上，描述出玻尔兹曼的人生经历和概括总结出玻尔兹曼对热力学理论的主要贡献。本文通过上网查找、翻阅书报、收集资料等方式，了解现在国内外学者对玻尔兹曼及其相关理论研究的现况，从而进一步了解玻尔兹曼的部分人生经历，以及他对热力学理论的贡献。

第2章玻尔兹曼及其对热力学理论的贡献

2.1 玻尔兹曼的青春岁月

“玻尔兹曼是另两位伟大的理论物理学家——19世纪的麦克斯韦和20世纪的爱因斯坦之间的中间环节,是连接19世纪和20世纪物理学的桥梁.”[1] 路德微希.爱德华.玻尔兹曼1844年2月20日出生于名闻遐迩的音乐之都维也纳。维也纳的文化氛围对玻尔兹曼的成长产生了很大的影响。他诞生的那一夜，正是基督教从忏悔向灰色星期三的过度。玻尔兹曼因此常说他的诞生日子说明了为什么他的性情会突然由非常高兴变得非常沮丧。

玻尔兹曼的父亲是一名从事法律工作的文职官员, 虽然他的薪水不高，但是却非常重视子女的教育问题，在家庭非常拮据的情况下，也让玻尔兹曼接受好的教育。但是不幸的是在1859年，当时玻尔兹曼15岁，他的父亲死于肺结核，16 岁痛失胞弟。这一悲剧在孩子身上留下难以消除的痕迹。家庭的不幸致使玻尔兹曼的母亲把自己全部的希望都寄托在年少的玻尔兹曼身上。相依为命的母子二人，从此具有更深厚的感情。玻尔兹曼在青少年时期志趣广泛,他不仅喜欢音乐和文学,而且具有特殊的观察天赋,对自然界具有非凡的洞察力。他善于思考,乐于读书,学习成绩优异。他在班上总是十分杰出的，并且显示出对数学和科学的极大热情。但是在这一阶段漫漫长夜的秉烛夜读，使得玻尔兹曼在晚年岁月深受视力恶化的痛苦。

1863 年,玻尔兹曼在林茨读完大学预科后,进入著名的维也纳大学跟斯忒藩和洛喜密脱学习数学和物理。以至于他后来成为伟大的物理学家。“比玻尔兹曼年长9岁的斯忒藩非常赏识玻尔兹曼的才华”。[2]玻尔兹曼也不负师望。在大学二年级就发表了首篇研究论文,回答了斯忒藩提出的电学原理问题。

2.2 玻尔兹曼在学术界崭露头角

玻尔兹曼大学毕业后,继续在斯忒藩的指导下攻读博士学位,并担任斯忒藩的助手。1866 年 2 月，22 岁的玻尔兹曼,向维也纳科学院宣读了他的博士论文。论文的题目是: 《力学在热力学第二定律中的地位和作用》在他的博士论文中明确地指出,仅仅把力学规律应用于气体分子的运动,还不能完全解释热力学第二定律，“但这篇论文却为玻尔兹曼日后所取得的最辉煌的科学成就奠定了基础”。[3]

在论文中,他试图把热力学第二定律与力学的最小作用原理联系起来,以对热力学定律作出纯力学的证明.结果,他虽然得到了一个熵的力学表达式,但这种处理很难令人信服.这时,他注意到了麦克斯韦的分子速度分布律,引起了极大的兴趣.经过研究,他发现麦克斯韦的推导有一些不能令人满意的地方。于是,

玻尔兹曼在1868年发表了题为《运动质点活力平衡的研究》的论文，他明确指出,研究分子运动论必须引进统计学;并且还证明了不仅单原子气体分子遵循麦克斯韦速度分布律,而且多原子以及凡是可以看成质点系的分子体系在平衡态时都遵从麦克斯韦速度分布律. 除此之外,他还将麦克斯韦速度分布律推广到分子处于势场V 的作用下系统速度的分布.

之后,玻尔兹曼接连发表了几篇论文.他从麦克斯韦速度分布律出发提出了著名的“H定理”

在没有达到平衡以前, H 函数的值随时间持续下降;在达到麦克斯韦分布律所表征的平衡态时, H函数则取最小值.这个定理在当时被称之为玻尔兹曼最小定理,它同热力学第二定律一样,指明了过程的不可逆性.

1866 —1868 年,玻尔兹曼在系统地掌握克劳修斯和麦克斯韦的统计思想的基础上,开始在物质结构的原子基础问题上初露锋芒。

在这段时间的工作中，玻尔兹曼与约瑟夫.洛喜密脱成为好朋友。约瑟夫.洛喜密脱当时已经在物理学院工作，这个学院当时只在爱德贝格大街的一栋房子里有一个小小的实验室。但是玻尔兹曼却有着许多物理方面的想法。玻尔兹曼在爱德贝格实验室做了许多他感兴趣的实验，当玻尔兹曼在晚年时期回忆起在爱德贝格实验室做的实验时，他就会说：“今天有了漂亮的实验仪器，人们在寻求如何使用它的想法。我们在爱德贝格实验室时，却是充满了想法，却苦于没有实验仪器。”1868年,取得博士学位的玻尔兹曼又发表了评论能量均分定理的论文。这篇论文使玻尔兹曼获得了在大学任教的资格，被授予讲课权。而仅当1869年，年仅25岁的玻尔兹曼就获得了格拉茨大学数学和物理学教授讲席。在格拉茨大学玻尔兹曼与学院院长奥古斯特.托耶普勒是同事，很快托耶普勒成为了玻尔兹曼的良师益友。托耶普勒计划修建新的建筑、购置新的仪器、筹集更多研究资金，这些对于年亲的物理学家来说，标志着一个充满学术活力时期的开始。从此,玻尔兹曼正式开始了他的科学生涯,并逐渐在学术界崭露头角。

1871年,玻尔兹曼连续发表了《论多原子分子的热平衡》和《热平衡的某些理论》两篇论文.文中他研究了气体在重力场中的平衡分布,提出的新观点是:不需要对分子碰撞作任何假设,只假设一定的能量分布在有限数目的分子之中,能量的各种组合机会均等(他假定在动量空间内的能量曲面上作均匀分布) ,也就是说,能量是一份一份地分成极小的但却是有限的份额,于是把这个问题进行组合分析,当份额数趋向无穷大,每份能量趋向无穷小时,获得麦克斯韦分布.玻尔兹曼这一处理方法有重要意义,后来普朗克正是采用这种方法建立量子假设的.

在1872年维也纳皇家科学院学刊上发表了《关于非子气体热平衡的进一步研究》玻尔兹曼提出了一他名字命名的著名方程——玻尔兹曼方程，玻尔兹曼的

名字永远与这一成就相联系，这一方程描述了分子组成的气体统计性质，是人们发现的支配开率随时间变化的第一个方程，同时玻尔兹曼还推导出了不可逆性的证明。那时候的人们没有注意观察不可逆现象，但是并不意味着不可逆现象就不存在。

1873年，玻尔兹曼未能抵御住诱惑，接受了维也纳大学数学教授的职位，到维也纳大学当一个教授，在奥地利被看着——迄今依然是一个学术生涯中所可能走到的最高一级，尽管它常常等于是缺个人研究的平和和专心。

在离开格拉茨以前，玻尔兹曼认识了他未来的妻子哼丽艾特冯.埃根特勒。她比玻尔兹曼年轻十岁，她是一位教师，在邂逅玻尔兹曼之后，她决定学习数学。格拉茨大学哲学学院主任希策尔为此感到十分奇怪，在他眼里，一位妇女的命运就是烹饪食物和收拾屋子，但是亨丽还是决定学习数学，但是在第二个学期就有法律规定禁止妇女上大学，亨丽最终听取了希策尔的建议学习烹饪食物。因为此时亨丽已经与玻尔兹曼订婚，他觉得自己有学习烹饪技术的需要。玻尔兹曼在1875年写了一封求婚信给亨丽，他认为这类事件还是书面处理得好。他对婚姻的看法是：“尽管对以为其唯一的资本是工作的丈夫来说，严格的借鉴和照顾好家庭是最重要的，但是一个妻子如果对丈夫的努力不理解，也没有热情，只是侍女，而不是随之共同奋斗的伴侣，那么也不可能有永恒的爱。”

在做出订婚决定的后，格拉茨大学院长托耶普勒写信给玻尔兹曼，希望它能够重新回到格拉茨大学。玻尔兹曼也对在格拉茨大学留下的教席职位十分感兴趣，而且玻尔兹曼在格拉茨教的是物理而不是数学，在格拉茨的行政工作也比在维也纳轻许多。此外，玻尔兹曼正准备结婚，但他在维也纳连一套公寓也找不到。所以，1876年玻尔兹曼决定这些回到格拉茨。

在1875——1877年间，玻尔兹曼为了回答他老是提出的“可逆佯谬”，他一直在寻求正确的解释。终于在1877年10月，玻尔兹曼提出了玻尔兹曼关系式，很好的解释“可逆祥谬”，也给热力学第二定律给出了统计解释。

式中k 是玻尔兹曼常数,这个式子给熵函数已明确的统计意义，某个宏观态的熵等于玻尔兹曼常量k乘以相应的微观态的对数，熵是混乱度的量度，某个宏观态对应的微观状态数愈多，它的混乱度愈大，熵愈大。

1877年，玻尔兹曼发表了他的论文《论热理论的概率率基础》，他在其中表达了后来被爱因斯坦称为“玻尔兹曼原理”的思想，把“熵”解释为数学上被很好确定相对原子的无序“量度”，在玻尔兹曼之前的物理学，有一门叫热力学的学科，在对原子无序运动的效应的研究中，甚至就没有提到物质的原子结构，有一个相当神秘的量，即前面提到的熵，在任何不被允许的过程式中起着重要的作用，感受谢玻尔曼的研究，它表明熵不是别的，正是一个宏观态的概率水准量度，

1879年前后玻尔兹曼和他的老师斯忒藩教授发现了黑体的辐射本领与温度的 4 次方成正比的“斯忒藩- 玻尔兹曼定律”,揭开了黑体辐射研究的序幕,最终导致1900 年普朗克量子论的问世.

1887年的另一篇文章中，玻尔兹曼讨论了热力学第二定律的力学类似。在1885-1887年间科学的争论，有助于改善他与英国物理学家的关系，因为没有多少人敢去读他的长篇论文，正是通过这些讨论，玻尔兹曼奠定了他的国际声誉基础，成了他那个时代物理学中一个伟大大的名字。

2.3 玻尔兹曼心理危机

玻尔兹曼在格拉茨度过了10年，但是愉快的生活却显得有点短暂！玻尔兹曼的愉快生活在一个斐然时期突然发生了变化，以致后来发展成为一场严重的身体和心理危机。

到底发生了什么？人们能确定出一系列不愉快的事实，其中没有一件是以解释如此程度的危机，然而把它们全加在一起，却可以说明它，因为它们产生的问题材的累积效应，是玻尔兹曼无力克服的。

实际上要回溯到1885年，或许与他母亲的去世有关，玻尔兹曼在15岁的时候就失去了父亲，从此以后他对母亲充满着更多的深情，母亲的去世对玻尔兹曼是一种沉重的打击。据资料显示，在1885年，玻尔兹曼没有写过一篇文章，没有记录着他与其他科学家的信件来往。1888年初，玻尔兹曼应邀来到柏林，被提名为基尔霍夫的继任人，玻尔兹曼随即参观了物理学院与实验室，并且也接受了这一建议，甚至还在系里看了办公室。很快这一事件已成为人人皆知的事。当玻尔兹曼从柏林回来，它才意识到自己做了多么不合理的事，在那时候接受其他国家的任命，至少要首先请求批准，算合乎情理。但是他没有勇气通告奥地利当局他已经接受了柏林的聘请。即使是这样他的意图已不再是秘密，奥地利也不想失去它著名的科学家之一，为了劝服玻尔兹曼继续留在格拉茨，忙碌的谈判开始了。玻尔兹曼又不善于这种谈判，他面临着两难的痛苦。在1888年3月玻尔兹曼接收到柏林的任命时，他试图用他的近视来推脱在柏林的职位，从而谢绝这项任命。但柏林的回复是：他们会用真诚的理解和关心来接待他，他们希望能与玻尔兹曼共事。玻尔兹曼谢绝提议没有收到预期的效果，最后玻尔兹曼违背自己的诺言，放弃在柏林的职位。与此同时玻尔兹曼也说不清楚自己为什么拒绝到柏林，一方面想到柏林去另一方面又担心自己不能够胜任该职位而感到不安，他在怀疑是否够得上伟大科学家的层次？玻尔兹曼的不自信已经显露出来。在1889年，玻尔兹曼的11岁长子路德维希死于阑尾炎，更使他旧愁未解，又添新忧，玻尔兹曼自责自己未能认识到儿子的病情严重，而且相信了一个全科医生的错误诊断，这个悲伤时间确实增长了它的不安全感和孤独感。

玻尔兹曼的某些行为引起同事对他态度的改变；他那种想有更好的职位却

又担心自己不能胜任；以及在格拉茨会让他想起刚刚失去儿子的痛苦回忆，这种种原因使得玻尔兹曼想离开格拉茨这块已成为不愉快的地方。1889年底，玻尔兹曼写信给亥姆霍茨，告诉他自己的身体已经康复，也再次表示对柏林的职位感兴趣，然后他通知每一所大学里的通行，表示自己想离开格拉茨。在1890年，玻尔兹曼在朋友的帮助下，争取得了在慕尼黑担任物理学教授任命。在慕尼黑，玻尔兹曼终于能够教授他最喜爱的课程了，在教了14年的实验物理学之后，他开始以一种生动的方式，来教授理论物理。在这里玻尔兹曼每周去一次啤酒屋，就着啤酒与一些同事讨论学术问题，就这样玻尔兹曼在慕尼黑度过了安宁平和的四年。

当时唯一的不利在于，巴伐利亚州不为大学教授提供养老金，由于玻尔兹曼的视力退化日益严重，他开始担心他家庭的未来。在玻尔兹曼的记忆里，有不少科学家因为没有养老金，后来在悲惨的境地中死去。由于玻尔兹曼的视力退化严重，他的夫人已经开始定期给玻尔兹曼大声念科学文献，以便她丈夫的眼睛得到休息。离开家乡多年后，在1892年，玻尔兹曼开始想家了，他又想回到维也纳。1894年他著名的老师约瑟夫.斯忒藩去世，玻尔兹曼在维也纳的同事就开始设法让玻尔兹曼接替约瑟夫前辈的位置，玻尔兹曼不排除回到维也纳的可能，但是又想巩固在慕尼黑的地位。慕尼黑也不想失去这样一位伟大的科学家，为了说服玻尔兹曼继续在慕尼黑工作，慕尼黑答应提供某些优惠，其中包括大幅度增加薪金，给予一个头衔，配备一名助手，为了增加玻尔兹曼的薪金哲学学院取消了不必要的职位，把剩下来的钱加在玻尔兹曼的薪金上。虽然这样玻尔兹曼还是不想继续呆在慕尼黑，经过巨大努力1894年玻尔兹曼终于回到了维也纳，接替约瑟夫.斯忒藩教席。

2.4 玻尔兹曼悲剧性的命运

当玻尔兹曼回到维也纳不久，他发现事情并不像他想像的那样美好，他回到维也纳之后，并没有发现像在慕尼黑那样令人愉快的朋友和同事圈子。

当时玻尔兹曼与奥斯特瓦尔特之间发生的“原子论”和“唯能论”的争论，在科学史上非常著名。这种论战持续十年，玻尔兹曼沉浸在与这些不同见解的斗争中，一定程度上损害了他的生理和心理健康。学术上的孤立感使他的狂郁症越来越明显。

玻尔兹曼坚持实在论,勇敢地提出了新论点, 却又无力给以充分的解释。这样的矛盾心理不时地纠缠着这位杰出的物理学家。面对自己笃信并为之不懈奋斗的科学理论横遭怀疑,自己辛辛苦苦建造出来的科学理论体系一旦崩溃,玻尔兹曼渐渐地对自己的事业和前途丧失了信心,变得忧心忡忡, 郁郁寡欢。

尽管玻尔兹曼的“原子论”与奥斯特瓦尔德的“唯能论”之间的论战，最终玻尔兹曼取胜，“架起分子世界和宏观物质世界的桥梁”[4]但这个过程对于一个科学家的生命来说，显得太长了。玻尔兹曼一直有一种孤军奋战的感觉，他陷入了一种两难境界。

玻尔兹曼是一位优秀的教师，他的课堂条理清晰，充满机制和幽默，如；“非常大的小”1902 年,玻尔兹曼受聘于维也纳大学,继布伦塔诺和马赫之后担任科学哲学教授职位。接替马赫担任归纳科学哲学教授。由于玻尔兹曼面临一系列的争论，还有太多的工作带给他的疲劳，他对上课的热情减少了许多。以至于在后几次哲学课上的不大成功，使他对自己能否讲好课，产生了怀疑。玻尔兹曼的个性决定了他对事物的两种看法是：完全成功；根本失败。一失败就会产生对自己能力的怀疑。

玻尔兹曼的痛苦与日俱增，又没有别的办法解脱，他似乎不太可能从外面获得帮助。如果把他的精神世界也能比作一个系统的话，那也是一个封闭的系统。按照“熵增加原理”[5]，孤立系统的熵不可能永远减小，它是在无情地朝着其极大值增长。也就是说，其混乱程度在朝极大值方向发展。玻尔兹曼精神世界的混乱成了一个不可逆的过程，他最后只好选择用自杀的方式来结束其“混乱程度”不断增加的精神生活。1906年，玻尔兹曼“作出了以身殉信念的选择”[6]，“对许多科学家来说,1906年的夏天是个不幸的季节。玻尔兹曼,奥地利物理学家,在气体运动论和热力学方面都有重大贡献,在那年的夏天,一个人悄悄跑到森林里去自杀了”[7]。也给我们留下了遗憾……

第3章玻尔兹曼对热力学理论的贡献

3.1 玻尔兹曼熵

1875年，玻尔兹曼的基本方程遇到了来自他的老师洛喜密脱的反对。玻尔兹曼的H定理有着基础性的重要性，因为它表明他的方程的基本特征是不可逆性：量H在时间中（当气体与它的固体边界没有物质和能量交换时）总是减少的。这一结果似乎与下述事实是冲突的，即构成气体的分子遵循时间可逆的经典力学定律。相应的，在某一时间，给定具有某一分子速度的运动，我们总能想到同一时刻的具有相反速度（和与前面相同的分子位置）的运动；后一状态的反向变化，将与原初状态的向前变化相等。因此，如果H在前一情形中减少，它在第二种情形应该增加，这与玻尔兹曼的H定理是相矛盾的。“可逆佯谬”一提出,玻尔兹曼就意识到了它的重要性.

1876 年,玻尔兹曼为了回答老师洛喜密脱提出的“可逆佯谬”,玻尔兹曼对熵概念采用了非唯象的特殊理解,得出了不管原子起初如何四面八方运动,熵与原子的几率是本质相关的,赋予了熵的宏观状态的概率以热力学量度的含义,即玻尔兹曼原理。

1877年初,他对此作出了初步的回答.他认为要想认识分子的运动,从而了解物体随时间的发展而经历的状态,重要的是必须知道这些分子的初始条件,正是在这一点上,以前人们忽略了.他提出了一个重要的物理思想:每个微观状态,不管它是否处于均匀的宏观分布中,都具有相同的概率,但重要的是相对于某一宏观状态的分布数;对于某些初始条件颇不寻常的过程来说, H 值可能会增大(熵减小) ,但是使H值减小(熵增加)的初始条件却有无限多种.也就是说,因为绝大多数状态都是平衡态,所以具有H值减小(熵增加)的初始状态有无限多种.他还指出,热力学第二定律是关于概率的定律,它的结论不能靠动力学方程来检验.

1877年10月, 玻尔兹曼发表了他的论文《论热理论的概率率基础》，专门讨论热力学第二定律与概率关系的论文,进一步阐述了他提出的思想.他明确表示,能从研究系统中各种可能状态的概率去计算热平衡状态;在大部分情况下,初始状态是概率较小的状态,但从初始状态开始,系统将逐渐走向概率较大的状态,直到最后进入概率最大的状态,那就是热的平衡.他研究和推算了热力学第二定律和概率的关系,推算的结果得到熵S 与概率Ω的对数成正比

这就是统计物理的玻尔兹曼熵关系式,其中k为玻尔兹曼常量。由此定义的

熵称为统计熵(或玻尔兹曼熵)。可见,熵就是系统处于某一宏观状态可能性(概率)的量度。也就是说,系统的熵越大,则系统处于该状态的概率就越大;系统的熵越小,则系统处于该状态的概率也越小。玻尔兹曼熵关系提出以后,普朗克、吉布斯又对熵做了进一步研究,对熵的解释更为明确。他们认为:“在由大量粒子(分子、原子)构成的系统中,熵就表示粒子之间无规则的排列程度;或者说,表示系统的紊乱程度,系统越‘乱’,熵就越大,系统越有序,熵就越小。”控制论创始人维纳也说过:“一个系统的熵就是它的无组织程度的量度。”

玻尔兹曼给出了热力学第二定律的统计解释，它说明的是一个孤立系统朝着均匀、无序简单、趋向平衡态的方向演化，这实际上是一种退化的方向。它指出，一个孤立系统，无论其初始条件和历史如何，它的一个状态函数熵会随着时间的推移单调的增加，直至达到热力学平衡态时趋于极大，从而指明了不可逆过程的方向性。即“时间箭头”只能指向熵增加的方向。熵增加原理第一次把演化的观念、历史的观念引入物理学。“熵”概念的提出，是十九世纪科学思想的一个巨大贡献，它的意义完全可以和生物学中的提出“进化”概念相媲美。

3.2 笃信原子的人

玻尔兹曼不仅玻尔兹曼给出了热力学第二定律的统计解释，给出了世界运动变化的方向，而且玻尔兹曼是一个笃信原子的人。相信人们都知道学术界关于“能量学”和“原子论”的争论。“玻尔兹曼是一位较早使用原子假说解释科学,用假说演绎模式来揭示实在论的非教条主义实在论者”[8]玻尔兹曼与奥斯特瓦尔特之间发生的“原子论”和“唯能论”的争论，在科学史上非常著名。按照普朗克的话来说，“这两个死对头都同样机智，应答如流；彼此都很有才气”。当时，双方各有自己的支持者。“玻尔兹曼是一位深受哲学困扰的物理学家”

[9]奥斯特瓦尔德的“后台”是不承认有“原子”存在的恩斯特·马赫。由于马赫在科学界的巨大影响，当时有许多著名的科学家也拒绝承认“原子”的实在性。

1895年关于“唯能论”和“原子论”的争论终于爆发了，那是1895年9 月下旬在德国吕贝克召开的第67 届自然科学家和医生大会上，奥斯特瓦尔德发表了题为“克服科学的唯物论”的讲演，来自慕尼黑的理论物理教授玻尔兹曼当场站出来反驳这种看法。会上，多数化学家站在奥斯特瓦尔德一边(被称为“唯能论”派) ;玻尔兹曼对“原子论的支持与捍卫，对图象论的认识与理解，不仅充实和发展了科学认识的过程，推动和带动了分支学科及邻近学科的进展，而且是20世纪西方哲学的导航星”[10]。

这种论战持续十年，最终玻尔兹曼的“原子论”战胜奥斯特瓦尔德的“唯能论”之间的论战，从此玻尔兹曼的“原子论”架起分子世界和宏观物质世界的桥梁。

回顾玻尔兹曼的科学创造，玻尔兹曼在热力学理论方面做出了不可抹灭的

贡献，“熵这个概念容易让人感觉晦涩难懂”[11]“熵是物理学中的一个基本问题”[12]不仅如此而且“熵是教学中的重点,同时也是一个难点”[13]但是我们可以“由熵的微分定义式和理想气体状态方程入手,导出了理想气体熵变表达式,得出了常见热力学过程与熵变的关系式,使熵的态函数性质和宏、微观本质更加清晰,更利于我们的理解和掌握。”[14]“熵交换是其中的联系纽带”[15]虽然玻尔兹曼的人生显得有些悲剧性的一面，但是他在理论物理、热力学等方面给了我们宝贵的财富！

第4章：玻尔兹曼熵给我们的启示

4.1 玻尔兹曼熵对一些物理现象的解释

1877年波耳兹曼给出了一个解释：S kIn

=Ω其中，K为波尔兹曼常量Ω为系统的微观运动状态数,它表征的是孤立系统的热力学概率。由于微观运动状态的数目是分子热运动无序性的一种量度,因此波尔兹曼熵给出了克劳修斯熵的一个微观解释：熵是系统混乱程度的量度。

根据熵的统计学定义, 分子微观状态数目Ω越大越大,S也越大。那么熵自然也是系统内分子热运动无序性的一种量度，即熵是量度系统混乱度的状态函数,且系统的混乱度可用一定宏观状态所对应的微观状态总数来表征。分子的热力学概率越大,系统就越混乱,熵就越大。而随着物理学的进程，系统总是趋于更稳定的状态方向进行，这在宏观物理中是常见的（例如，高山上的石头，会滚下山脚；有温差的物体接触，最终会达到温度的平衡等）。热力学概率越大的，显然更稳定，这就是熵增加的本质。因此,热力学过程不可逆性的微观本质和统计意义就是系统从有序趋于无序,从概率小的状态趋于概率大的状态。

我们就可以很好的理解诸如自由膨胀和扩散现象的不可逆性了。假如我们有一个隔板,将一个装有一摩尔某种气体的封闭系统隔开,那么,放开隔板以后,这些

分子全部在一侧的可能性为

6.0210

，这个概率趋近于0。也就是说，这样

的现象几乎不会发生。同样的道理，扩散现象是两个自由扩散的叠加，混合气体自动分开的可能性将会比自由膨胀的概率更小。我们可以用同样的道理分析其它热力学过程的不可逆性。

热力学第一定律告诉我们，能量的总数是一个常数；热力学第二定律告诉我们，一切与热有关的自发现象都具有方向性。所以能量贬值了，即使没有在数量上，也在质量上贬值了。这点给了我们一些忠告，能量并非取之不尽，用之不竭的；我们在不加节制的挥霍能量的同时，也受到大自然的“惩罚”（熵增加）。两块有温差的物体放在一起，最终会达到温度一样；有水位差的两个水源，如果构成一个连通器，最终水位也会一样。物理学上称为能量平均状态。虽然能量总量没有发生改变，但真正意义上的有效能源的量，却已经减少了。即使想办法循环利用，也一定会产生无法完全消除的变化。

熵定律揭示了孤立系统的熵总是使体系从某种有序状态向无序状态发展，最终达到最无序的平衡态，也就是说孤立系统总是会不可逆转的走向混乱衰败的。

所以一个能够生存“发展”具有不断完善能力的系统，必须是一个开放的系统。

4.2 熵与社会和谐

一个好的理论必然能够解释某些现象，并能给我们的生活和工作以一定的指导作用。但是当把热力学熵直接用于生命科学和社会科学时，热熵却有着局限性。因为热熵讨论的是封闭系统，而它们都是开放的系统。广义熵的提出，很好地弥补了这一空缺。从熵的本质入手，探讨了广义熵在社会科学中的解释作用；广义熵对构建系统的有序性方面的重要作用；为社会构建提供更有序的方案。我们称社会中的无序度为“社会熵”。

4.2.1 熵理论揭示了任何事物和过程都是有序和无序的辩证统一

有序和无序是反映物质系统状态的物理概念,也是描述客观事物之间和事物内部各要素之间关系的一对范畴。严格地说,这个“序”在不同的学科领域其含义是各不相同的。

在系统组织理论中,有序是指系统内部要素之间的有规则的联系和转化,无序是指系统内部要素之间无规则的联系和转化。从结构与功能的角度来考察,系统的有序可以分为结构有序、功能有序和运动有序三大类。从平衡与非平衡的角度来考察,系统存在着两种有序,即平衡有序和非平衡有序。平衡有序是指在微观的分子水平上的有序,它是系统不受外界影响的固有的有序。非平衡有序,则是指宏观范围的时空有序,它只能在非平衡条件下,通过与外界的物质、能量和信息的交换才能维持。长期以来,人们总认为只有生物体才有非平衡有序,确不知在非生命系统中也存在着这种有序。无论生物界还是非生物界,探索非平衡有序的本质对于认识和研究系统的演化有着重要的意义。总之,序是系统组织、结构、层次和功能的量度。组织、结构、层次和功能完善的系统就是有序,反之是无序。

无序是指物质系统结构和运动状态的不确定性和无规则性。热力学系统是由大量作无序运动的分子组成,热力学概率就是分子运动无序性的一种量度,热力第二定律的微观实质就是:在宏观孤立系统内部所发生的实际过程,就是沿着无序性增大的方向进行,即从有序变为无序。玻尔兹曼的熵关系式,就是微观状态无序度的量度,高熵为无序,低熵为有序。

在现实世界中,任何事物或过程都是有序和无序不同程度的辩证统一,这种统一的不同的“度”,就构成了事物或状态的一定的秩序,并形成了一系列的层次和阶梯。为了标志事物或状态的有序化程度,就引入了变量熵来度量,熵越大则有序度越低,熵越小则有序度越高,熵等于零,则事物最有序。这种有序度是以系统内粒子分布的可改变程度来确定,根据玻尔兹曼熵公式,最确定的分布其粒子的微观

状态为1,它的熵为零,系统最有序;分布越混乱,熵越大,系统越无序。所以熵是系统微观状态数的度量,也是系统无序度的度量。

有序和无序是对立的,又是统一的。这种对立是不言而喻的,这种统一却集中表现在相互渗透、互为因果,并在一定条件下,又可以互相转化。从自然界发展的历史中可以看到,在自然界演化中,存在着从无序转化为有序,以及从有序转化为无序两种过程和趋势。天体、地球、非生物、生物任何一个物质系统都有产生、发展、衰亡的过程。在产生、发展的过程中,一般地说,主要是一个从无序到有序的转化过程;而在衰老、死亡的过程中,一般地说,主要是从有序向无序的转化过程。这两种转化的过程实际上并不是截然分开的,而是辩证统一的。在同一时间,同一对象,既有生长发展的因素,又有衰亡的因素。所以,有序和无序的转化实际上是贯穿于自然界一切变化过程之中,当然,也是贯穿于人类社会发展变化的过程之中,这对整个自然界的演化和社会的发展以及和谐社会建设有着特别重要的意义。

4.2.2 当今社会的不和谐是人们忽视熵理论的必然结果

熵理论告诉人们:现实世界的事物或过程自发地走向无序(不和谐)是客观的、必然的、不可阻挡的,孤立系统是如此,开放系统虽不完全如此,但必须以系统之外的环境的更大无序为代价。人们必须看到中国乃至全世界无序(不和谐)的现状和挑战,正确认识构建社会主义和谐社会和努力建设和谐世界的必要性、重要性和紧迫性,并努力去构建它。

当今世界是和谐与不和谐因素共存,而最大的不和谐问题是国际行为体之间的冲突和战争。据统计,近几年来,世界上存在20多场严重的武装冲突。还有不公正的国际秩序、霸权主义、恐怖主义、环境、健康、难民、大规模杀伤性武器扩散、跨国有组织犯罪等等,特别是一个贫富严重两极分化的世界是谈不上和谐的。

目前,中国的情况也不容乐观,毋庸讳言,中国面临的社会问题可以说相当多,包括失业问题、三农问题、金融风险、贫富差距、生态环境、社会秩序、公共安全、艾滋病和公共卫生问题、国有资产流失、腐败问题、社会丑恶现象等。这些问题都可能对中国的经济、社会持续、健康和全面发展带来冲击,但其中最为严重的则是失业问题、三农问题、贫富差距扩大等急需改善的社会公平正义问题。

第一,就业形势严峻而复杂。目前,中国就业问题主要表现在:劳动力供求总量矛盾和就业结构性矛盾同时并存,城镇就业压力加大和农村富余劳动力向非农转移速度加快同时出现,新成长劳动力就业和失业人员再就业问题相互交织,摩擦性失业大量存在,劳动力资源总量过大,就业岗位严重缺乏。我们应当看到,就业压力将是中国长期面临的突出困难,改革、发展和结构调整都要与扩大就业相结合,把有利于缓解就业压力作为重要的政策目标。

第二,三农问题重大而紧迫。三农问题已成为中国全面建设小康社会的重要

制约因素,成为人们必须面对的一个重大课题。三农问题,用一句话说,就是城乡发展不协调问题。农民问题,表面上看是农民穷,实质上是农民的生存权和发展权问题,或者说是国民待遇问题,是农民的经济、政治和社会地位问题。由于种种原因,在很长时期以来对市民和农民实行双重标准。市民享受社会保险、医疗保险、就业、卫生、教育、住房等多种待遇。而农民病了没有保险、老了没有养老金、进城打工又受到多种不公平待遇。由于受自然因素和市场的双重约束。农业的主要问题是：产业循环能力差,工业和农业分离,农产品加工业发展滞后,销售半径短,产业链也短,产品的附加值低,效益不高,竞争能力差。农村的主要问题是相对落后,发展能力低。从全国来看,农村建设和城市建设是不协调的,不论是基础设施还是景观设施,城乡差别明显。有人说,看城市就像欧洲,看农村就像非洲,出现了以城市为代表的现代社会和现代文明与以农村为代表的农业社会和传统文明的激烈交恶,实际上,城市的繁荣与富裕在某种程度上是以牺牲农村、农业的发展和农民的利益为代价的。

第三,贫富差距过大,并超过国际公认的警戒线。过去的20多年,是中国在经济上取得巨大成就的20多年,但又是创造了巨大社会不平等的20多年。这种不平等又是巨大的社会不稳定因素,如果听任这种状态发展下去,将会对中国全面实现小康社会和经济社会的和谐发展构成巨大的威胁。

在这些当中我们看到社会发展的无序度越来越大，“社会熵”也就在增大，社会状态越来越混乱。

4.2.3 克服无序创建有序是构建和谐社会的根本途径

熵理论告诉我们,孤立系统在熵增原理的作用下会自发地走向无序,只有开放系统从外界吸取负熵抵消熵增才有可能走向有序。就是说,构建和谐社会的前提条件是这个社会系统必须是对外开放的,而且必须是从外界吸取负熵,才有可能走向和谐(走向有序);相反,如果这个社会系统是封闭的,或者开放吸收的不是负熵而是熵(无序的),不可能走向和谐,只能走向混乱,最后将会导致社会崩溃。因此,构建和谐社会的过程就是克服无序创建有序的过程。

和谐社会的构建思路是：

以科学发展观为统领构建和谐社会,涉及经济、政治、文化、思想和社会协调等各个方面，将物质文明,政治文明、精神文明、生态文明建设与和谐社会建设统一考虑,寻求更大范围、更大程度的统筹，克服无序创建有序，使“社会熵”减少。

学习系统科学理论为基础，加大信息传递（建立“社会熵”的开放系统）。胡锦涛同志指出,构建社会主义和谐社会是一项艰巨复杂的系统工程。这就告诉我们,要完成这项系统工程没有系统科学理论基础是不行的。系统科学,就是从系统的思想出发,对事物进行系统分析和处理的学科。它包括三门分支学科:系统工

程、系统分析、系统管理。系统工程是一门工程技术,它将对象作为系统去研究、开发、设计、制作,使对象的运行经济合理和高效率。系统分析是对一个系统的内部基本问题,运用逻辑思维推理和科学分析计算的方法,在确定或不确定的条件下,进行定性和定量的分析比较,以达到选出最优方案目的的一种决策工具。系统管理是在方案选优及实施过程中所采取的一套科学地组织、指挥、监督和协调等工作,它是保证系统分析及系统工程的实现的重要条件。

以提高构建和谐社会能力为条件（加强降低“社会熵”的能力）。构建和谐社会没有能力是不行的,而能力差也是构建不起来的。要提高构建和谐社会的能力,除了提高认识能力和实践能力、理论思维能力、系统思考能力外,重要的是提高学习力和创新力,并着重在提高四项能力上下工夫:协调社会关系、化解社会矛盾的能力;分析判断复杂形势、驾驭复杂局面的能力;整合社会资源、进行社会管理的能力;做好群众工作、疏导群众情绪的能力。

以促进人的全面发展为目标（建立使“社会熵”降低的长远目标）。构建和谐社会,从根本上说应着眼于人。这不仅是因为社会是以人为细胞组成的,而且因为人的自由而全面发展是社会主义社会的本质。因此,构建和谐社会,必须坚持以人为本,不仅要在经济发展的基础上不断满足人民日益增长的物质文化需要,而且要相应地提高人自身的各种素质,同时在体制上保障人民群众基本权利的实现。这应该是构建和谐社会的根本出发点。

以市场取向的改革为动力（“社会熵”降低的原动力）。在经济社会转型的特殊历史时期,社会方面诸多不和谐的深层原因之一是体制性原因,有相当多社会矛盾与体制不完善有关,包括农村土地制度、国有企业产权制度、收入分配制度、社会保障制度、税收制度以及政府管理制度等方面的不完善。因此,构建和谐社会的过程,将是一个深刻的以市场化改革为取向的制度变迁或体制创新的过程。我们要以体制改革为动力,通过深化改革,切实克服影响社会和谐的体制机制弊端,建立新的科学的社会制度规范,为和谐社会提供新的体制保障。

以合理、有效地整合为重点（加强整顿，使无序向有序转化）。20多年的改革开放,中国进入了一个经济社会发展变化的转型时期。在这一时期有两个显著的特点:一是以分化为特点,即经济、政治、文化三大领域由“大一统”向各自独立承担的功能分化、阶层分化;社会成员由两个阶级和一个阶层分化成若干阶层、利益群体;二是以新的整合为特点。由于传统社会整合机制逐渐弱化,导致社会凝聚力和动员力下降,这就迫切需要形成一种与社会主义市场经济体制相适应的新的整合机制。在构建和谐社会中,这种整合机制必须满足多元化需求,实现公民对国家公共生活和社会生活的有效参与和监督,实现阶层之间利益关系的协调,实现整个社会系统的和谐。

以实现充分地就业为优先（降低“社会熵”混乱度的影响因素）。充分就业

应当成为社会的优先目标。实现充分就业,才能让更多的人参与分享经济增长的成果,才能更好地实现社会公正,维护社会稳定,缓解贫富差距,消除贫困现象,进而确保社会的安全运行和健康发展。特别是现今大学生的就业问题，大学生在父母辛辛苦苦的养育下成长，终于等到大学毕业。这些大学生怀揣这许多美好的梦想，想回报社会；想靠自己的努力得到别人的认可；想好好孝敬年老的父母……可是等到大学毕业却是一个不能就业的残酷现实，他们的心理会产生许多波动，心理因素的混乱度就越多，长此累计也会造成社会的动荡，“社会熵”就会增加，影响社会安定。所以在当前和今后相当长的时期内,国家应把提高就业率作为宏观调控的重要目标。

“社会熵”的增加是我们不能忽视的问题，我们要克服社会的无序创建有序，从而才会实现社会的长治久安！

结论

该论文主要通过上网查阅资料，阅读相关文献的，在了解玻尔兹曼的人生经历中点点滴滴的基础上，做出自己的总结。这篇论文主要叙述玻尔兹曼的人生故事和玻尔兹曼对热力学理论的主要贡献。但是有一个不足的地方就是，由于现有的理论知识水平还有欠缺的地方，所以在论文中对玻尔兹曼理论知识的讨论还显得不够深入，在以后的学习中还应该注意理论知识的积累！

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致谢辞：

随着时间的推移，我的大学生活即将结束。在这大学四年里我成长了许多，在学习上和生活上我都得到了老师和同学们的不少帮助。我特别感谢柳老师对我论文工作的指导！在我刚刚接到写论文的时候，我是一无所知，就连论文是什么样我都不知道，是柳老师指导我选题；为我提供相关材料；督促我写好文献综述；指导我写论文的格式……我感谢我的两位班主任：陈老师和黄老师，还有其他每一位老师，是你们传授我文化知识，也让我明白了不少做人的道理。我感谢我亲爱的同学们，是你们在我困难的时候帮助了我，在我心情低沉的时候鼓舞了我!感谢敬爱的老师和亲爱的同学们给我的关怀！

热力学发展简史

热力学发展简史 “温度”贯穿我们的一生，人人都知冷暖，古代人便会钻木取火，不可否认的一个方面是为了取暖，而现在，点暖炉，空调等设备的使用也都是人们为了得到一个合适的温度以更好的生活。学了一个学期的工程热力学后发现温度对于热热力学研究起着至关重要的作用。而温度的定义以及测量可以说是热力学的开端。在17 世纪中，虽然有些科学家对温度的测定及温标的建立，作出不同程度的贡献，提供了有益的经验和教训。但是，由于没有共同的测温基准，没有一致的分度规则，缺乏测温物质的测温特性的资料，以及没有正确的理论指导，因此，在整个17 世纪中，并没有制作出复现性好的、可供正确测量的温度计及温标。在18 世纪中，“测温学”有较大的突破。其中最有价值的是，1714 年法伦海脱所建立的华氏温标，以及1742 年摄尔修斯所建立的摄氏温标（即百分温标）。华氏温标是以盐水和冰的混合物作为基准点（0°F），而以水的冰点（32°F）及水的沸点（212°F）作为固定参考点。摄氏温标是以水的冰点（100℃）及水的沸点（0℃）作为固定参考点及基准点，并把他们分作100等分，每个间隔定义为一度，故称之为百分温标。1749 年，该温标的基准点及固定参考点，被摄尔修斯的助手斯托墨颠倒过来，这就是后来常用的摄氏温标。 18世纪末19世纪初，随着蒸汽机在生产中的广泛应用，人们越来越关注热和功的转化问题。于是，热力学应运而生。1798年，汤普生通过实验否定了热质的存在。德国医生、物理学家迈尔在1841-1843年间提出了热与机械运动之间相互转化的观点，这是热力学第一定律的第一次提出。在热力学第一定律提出之前，人们一直围绕着制造永动机的可能性问题展开激烈的讨论，尤其是到了19世纪早期，不少人沉迷于一种神秘机械——第一类永动机的制造，因为这种设想中的机械只需要一个初始的力量就可使其运转起来，之后不再需要任何动力和燃料，却能自动不断地做功。直至热力学第一定律发现后，第一类永动机的神话才不攻自破。一：热力学第一定律 1．热力学第一定律的文字表述自然界一切物体都具有能量，能量有各种不同形式，它能从一种

热力学基本概念式

第一章热力学基本概念一、基本概念热机：可把热能转化为机械能的机器统称为热力发动机，简称热机。工质：实现热能与机械能相互转换的媒介物质即称为工质。热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分割开来，这种人为分割的研究对象，称为热力系统。边界：系统与外界得分界面。外界：边界以外的物体。开口系统：与外界有物质交换的系统，控制体（控制容积）。闭口系统：与外界没有物质的交换，控制质量。绝热系统：与外界没有热量的交换。孤立系统：与外界没有任何形式的物质和能量的交换的系统。状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况。平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变，系统内外同时建立热和力的平衡，这时系统的状态就称为热力平衡状态。状态参数：温度、压力、比容（密度）、内能、熵、焓。强度性参数：与系统内物质的数量无关，没有可加性。广延性参数：与系统同内物质的数量有关，具有可加性。准静态过程：过程进行的非常缓慢，使过程中系统内部被破坏了的平衡有足够的时间恢复到新的平衡态，从而使过程的每一瞬间系统内部的状态都非常接近于平衡状态。

可逆过程：当系统进行正反两个过程后，系统与外界都能完全回复到出示状态。膨胀功：由于系统容积发生变化（增大或者缩小）而通过系统边界向外界传递的机械功。（对外做功为正，外界对系统做功为负）。热量：通过系统边界向外传递的热量。热力循环：工质从某一初态开始，经历一系列中间过程，最后又回到初始状态。二、基本公式 ??=-=0 2 1 1 2 dx x x dx 理想气体状态方程式： RT pV m = 循环热效率 1 q w net t = η 制冷系数 net w q 2 = ε 第二章热力学第一定律一、基本概念热力学第一定律：能量既不能被创造，也不能被消灭，它只能从一种形式转换成另一种形式，或从一个系统转移到另一个系统，而其总量保持恒定。

玻尔兹曼分布

玻尔兹曼分布中文名称：麦克斯韦-玻尔兹曼分布外文名称：Maxwell Boltzmann distribution 麦克斯韦-玻尔兹曼分布是一个概率分布，在物理学和化学中有应用。最常见的应用是统计力学的领域。任何(宏观)物理系统的温度都是组成该系统的分子和原子的运动的结果。这些粒子有一个不同速度的范围，而任何单个粒子的速度都因与其它粒子的碰撞而不断变化。然而，对于大量粒子来说，处于一个特定的速度范围的粒子所占的比例却几乎不变，如果系统处于或接近处于平衡。麦克斯韦-玻尔兹曼分布具体说明了这个比例，对于任何速度范围，作为系统的温度的函数。它以詹姆斯·克拉克·麦克斯韦和路德维希·玻尔兹曼命名。物理应用：麦克斯韦-玻尔兹曼分布形成了分子运动论的基础，它解释了许多基本的气体性质，包括压强和扩散。麦克斯韦-玻尔兹曼分布通常指气体中分子的速率的分布，但它还可以指分子的速度、动量，以及动量的大小的分布，每一个都有不同的概率分布函数，而它们都是联系在一起的。麦克斯韦-玻尔兹曼分布可以用统计力学来推导，它对应于由大量不相互作用的粒子所组成、以碰撞为主的系统中最有可能的速率分布，其中量子效应可以忽略。由于气体中分子的相互作用一般都是相当小的，因此麦克斯韦-玻尔兹曼分布提供了气体状态的非常好的近似。

在许多情况下(例如非弹性碰撞)，这些条件不适用。例如，在电离层和空间等离子体的物理学中，特别对电子而言，重组和碰撞激发(也就是辐射过程)是重要的。如果在这个情况下应用麦克斯韦-玻尔兹曼分布，就会得到错误的结果。另外一个不适用麦克斯韦-玻尔兹曼分布的情况，就是当气体的量子热波长与粒子之间的距离相比不够小时，由于有显著的量子效应也不能使用麦克斯韦-玻尔兹曼分布。另外，由于它是基于非相对论的假设，因此麦克斯韦-玻尔兹曼分布不能做出分子的速度大于光速的概率为零的预言。推导: 麦克斯韦的推导假设了三个方向上的表现都相同，但在玻尔兹曼的一个推导中利用分子运动论去掉了这个假设。麦克斯韦-玻尔兹曼分布可以轻易地从能量的玻尔兹曼分布推出:其中Ni是平衡温度T时，处于状态i的粒子数目，具有能量EI和简并度GI，N是系统中的总粒子数目，k是玻尔兹曼常数。(注意有时在上面的方程中不写出简并度HI。在这个情况下，指标i将指定了一个单态，而不是具有相同能量EI的GI的多重态。)由于速度和速率与能量有关，因此方程1可以用来推出气体的温度和分子的速度之间的关系。这个方程中的分母称为正则配分函数。

生活中的热力学

生活中的热力学摘要：生活中的热力学现象无处不在，热力学现象的本质和原理亦来自生活。其实我们身边经常可以看到很多和热力学有关的现象。热力学第零定律、热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律是热力学的基本定律，高压锅、空调、电冰箱是生活中常见的用电器。关键词：热力学定律热力学第一定律也叫能量不灭原理，就是能量守恒定律。它指出，热能可以从一个物体传递给另一个物体，也可以与机械能或其他能量相互转换，在传递和转换过程中，能量的总值不变。热力学第一定律的另一种表述是：第一类永动机是不可能造成的。表征热力学系统能量的是内能，通过做功和传热，系统与外界交换能量，使内能有所变化。根据普遍的能量守恒定律，系统由初态Ⅰ经过任意过程到达终态Ⅱ后，内能的增量ΔE应等于在此过程中外界对系统传递的热量Q和系统对外界做功W之差，即 EⅡ－EⅠ＝ΔE＝Q－W 或 Q＝ΔE＋W 这就是热力学第一定律的表达式。对于无限小过程，热力学第一定律的微分表达式为 dQ＝dE＋dW 其中，E是态函数，dE是全微分；Q、W是过程量，dQ和dW只表示微小量并非全微分，用符号d以示区别。又因ΔE或dE只涉及初、终态，只要求系统初、终态是平衡态，与中间状态是否是平衡态无关。热力学第二定律一般有两个表述： 1.开尔文表述：不可能制成一种循环动作的热机，只从单一热源吸取热量，使之完全变成有用的功而不产生其他影响。 2.克劳休斯表述：热量不可能自动地从低温物体传到高温物体。其实这两种表述是等价的，我们知道自然界中的各种不可逆过程都是互相关联的。而这两种表述的区别在，克氏表述指出：热传导过程是不可逆的；开氏表述指出：功变热（确切地说，是机械能转化为内能)的过程是不可逆的。两种表述均指出在自然界中任何的过程都不可能自动地复原，要使系统从终态回到初态必

冶金热力学部分定义

焓：能量可以分为流动的能量和贮存的能量，一个物体中贮存的总能量包括几种形式，比如我们都注意到了物体中贮存有化学能，因为我们已经认识到物质通过燃烧可以释放出所贮存的化学能。还有两种常见的能量贮存的形式是动能和势能。动能是由于物体的运动或它的速度而贮存的能量，而势能是由于它的位置，或海拔高度。温度和压力也会使物体具有额外的能量。我们都注意到高压的气体具有能量（如沸腾时产生的蒸汽），高温下的水可以向外释放热能。我们称这种以温度和压力所贮存的能量称为焓（H）。活度是指为使理想溶液（或极稀溶液）的热力学公式适用于真实溶液，用来代替浓度的一种物理量，活度的概念首先是由G.N.路易斯提出的。对理想液体混合物符合拉乌尔定律pB／＝xB ，非理想液体混合物拉乌尔定律修正为pB／＝fBxB＝aB ，因此fB表示非理想的与理想的液体混合物偏差程度，实际上就是对拉乌尔定律的偏差系数。对于理想液体混合物aB＝xB，fB＝1，而对于非理想的aB≠xB ，fB 可大于小于1 ，因此活度是与组成x有关的无量纲量。活度系数：例如绝大多数的冶金反应都有溶液（固溶体、冶金熔体及水溶液）参加，而这些溶液经常都不是理想溶液。要进行定量的热力学计算和分析，溶液中各组分的浓度必须代以活度。活度是组分的有效浓度（或称热力学浓度）。组分的浓度必须用一系数校正，方能符合于若干物理化学定律（例如质量作用定律、拉乌尔定律、亨利定律、分配定律等等），此校正系数称为活度系数。活度系数反映有效浓度和实际浓度的差异。对多组分的溶液，计算活度时必须知道活度的相互作用系数。测定活度系数f其中有一种方法，作出lgf对质量浓度[％]的曲线,在原点对曲线作切线，其斜率称为组分i的活度相互作用系数，以e表示。活度相互作用系数与温度有关。一般按规则溶液处理，有e与温度T 的倒数成正比。质量作用定律 19世纪中期，G.M.古德贝格和P.瓦格提出：化学反应速率与反应物的有效质量成正比。此即质量作用定律，其中的有效质量实际是指浓度。近代实验证明，质量作用定律只适用于元反应，因此该定律可以更严格完整地表述为：元反应的反应速率与各反应物的浓度的幂的乘积成正比，其中各反应物的浓度的幂的指数即为元反应方程式中该反应物化学计量数的绝对值。如对元反应I2＋H2→2HI，其速率方程式可根据质量作用定律写作： r=k[I2]2 [H2] 式中r为反应速率，［I2］、[H2]分别为反应物I2和H2的浓度，k称为反应的速率常数。根据质量作用定律，元反应的级数与反应的分子数是相等的。元反应（一）拉乌尔定律和亨利定律 1.拉乌尔定律（1）定义：在一定温度下，稀溶液内溶剂的蒸气压等于同温度下纯溶剂的蒸气压与溶液中溶剂的摩尔分数的乘积。（2）数学表达式：若为二组分系统则有拉乌尔定律的应用对象是理想溶液及稀溶液的溶剂。

工程热力学基本概念

第一章工质：实现热能和机械能之间转换的媒介物质。系统：热设备中分离出来作为热力学研究对象的物体。状态参数：描述系统宏观特性的物理量。热力学平衡态：在无外界影响的条件下，如果系统的状态不随时间发生变化，则系统所处的状态称为热力学平衡态。压力：系统表面单位面积上的垂直作用力。温度：反映物体冷热程度的物理量。温标：温度的数值表示法。状态公理：对于一定组元的闭口系统，当其处于平衡状态时，可以用与该系统有关的准静态功形式的数量n加上一个象征传热方式的独立状态参数，即（n+1）个独立状态参数来确定。热力过程：系统从初始平衡态到终了平衡态所经历的全部状态。准静态过程：如过程进行的足够缓慢，则封闭系统经历的每一中间状态足够接近平衡态，这样的过程称为准静态过程。可逆过程：系统经历一个过程后如果系统和外界都能恢复到各自的初态，这样的过程称为可逆过程。无任何不可逆因素的准静态过程是可逆过程。循环：工质从初态出发，经过一系列过程有回到初态，这种闭合的过程称为循环。可逆循环：全由可逆过程粘组成的循环。不可逆循环：含有不可逆过程的循环。第二章热力学能：物质分子运动具有的平均动能和分子间相互作用而具有的分子势能称为物质的热力学能。体积功：工质体积改变所做的功。热量：除功以外，通过系统边界和外界之间传递的能量。焓：引进或排出工质输入或输出系统的总能量。技术功：工程技术上将可以直接利用的动能差、位能差和轴功三项之和称为技术功。功：物质间通过宏观运动发生相互作用传递的能量。轴功：外界通过旋转轴对流动工质所做的功。流动功：外界对流入系统工质所做的功。第三章

热力学原理翻译

The factors that cause a process to be irreversible are called irreversibilities. They include friction, unrestrained expansion, mixing of two fluids, heat transfer across a finite temperature difference, electric resistance, inelastic deformation of solids, and chemical reactions. The presence of any of these effects renders a process irreversible. A reversible process involves none of these. Some of the frequently encountered irreversibilities are discussed briefly below. Friction is a familiar form of irreversibility associated with bodies in motion. When two bodies in contact are forced to move relative to each other (a piston in a cylinder, for example, as shown in Fig. 6–32), a friction force that opposes the motion develops at the interface of these two bodies, and some work is needed to overcome this friction force. The energy supplied as work is eventually converted to heat during the process and is transferred to the bodies in contact, as evidenced by a temperature rise at the interface. When the direction of the motion is reversed, the bodies are restored to their original position, but the interface does not cool, and heat is not converted back to work. Instead, more of the work is converted to heat while overcoming the friction forces that also oppose the reverse motion. Since the system (the moving bodies) and the surroundings cannot be returned to their original states, this process is irreversible. Therefore, any process that involves friction is irreversible. The larger the friction forces involved, the more irreversible the process is. Friction does not always involve two solid bodies in contact. It is also encountered between a fluid and solid and even between the layers of a fluid moving at different velocities. A considerable fraction of the power produced by a car engine is used to overcome the friction (the drag force) between the air and the external surfaces of the car, and it eventually becomes part of the internal energy of the air. It is not possible to reversethis process and recover that lost power, even though doing so would not violate the conservation of energy principle. Another example of irreversibility is the unrestrained expansion of a gas separated from a vacuum by a membrane, as shown in Fig. 6–33. When the membrane is ruptured, the gas fills the entire tank. The only way to restore the system to its original state is to compress it to its initial volume, while transferring heat from the gas until it reaches its initial temperature. From the conservation of energy considerations, it can easily be shown that the amount of heat transferred from the gas equals the amount of work done on the gas by the surroundings. The restoration of the surroundings involves conversion of this heat completely to work, which would violate the second law. Therefore, unrestrained expansion of a gas is an irreversible process. A third form of irreversibility familiar to us all is heat transfer through a finite temperature difference. Consider a can of cold soda left in a warm room (Fig. 6–34). Heat is transferred from the warmer room air to the cooler soda. The only way this process can be reversed and the soda restored to its original temperature is to provide refrigeration, which requires some work input. At the end of the reverse process, the soda will be restored to its initial state, but the surroundings will not be. The internal energy of the surroundings will increase by an amount equal in magnitude to the work supplied to the refrigerator. The restoration of the surroundings to the initial state can be done only by converting this excess internal energy completely to work, which is impossible to do without violating the second law. Since only the system, not both the system and the surroundings, can be restored to its initial condition, heat transfer through a finite temperature difference is an irreversible process. Heat transfer can occur only when there is a temperature difference between a system and its surroundings. Therefore, it is physically impossible to have a reversible heat transfer process. But a heat transfer process becomes less and less irreversible as the temperature difference between the two bodies approaches zero. Then heat transfer through a differential temperature difference dT can be considered to be reversible. As dT approaches zero, the process can be reversed in direction (at least theoretically) without requiring any refrigeration. Notice that reversible heat transfer is a conceptual process and cannot be duplicated in the real world. The smaller the temperature difference between two bodies, the smaller the heat transfer rate will be. Any significant heat transfer through a small temperature difference requires a very large surface area and a very long time. Therefore, even though approaching reversible heat transfer is desirable from a thermodynamic point of view, it is impractical and not economically feasible.

冶金热力学(Ⅱ)习题(第1章)

冶金热力学（Ⅱ）习题（第1章） 1. 在1873K 将1mol 固体Cr 加入到x Fe = 0.8 的大量Fe-Cr 熔体中，若熔体为理想溶液，试计算因Cr 的加入引起的焓和熵的变化。设Cr 的固体与液体热容之差可以忽略，已知Cr 的熔点为2173K ，熔化热为21000J ·mol -1。 2. 在603K 液体Sn-Bi 合金的全摩尔混合热可表示为-1Bi Sn m mix mol J 397?=x x H ?，试导出Sn mix H ?和Bi mix H ?与组成的关系式，并计算当x Bi = 0.4时的Sn mix H ?和Bi mix H ?的值。 3. 773K 时Cd-Pb 熔体的混合热力学性质如下： a ）求各浓度溶液的m mix S ?； b ）作m mix H ?，m mix G ?和m mix S ?对Pb x 图； c ）由图求Pb x =0.4和0.7时的Pb mix S ?和C d mix S ?值。 4. 1500K 时Au-Cu 熔体的E m G 与组成的关系为：试计算：（a ）3.0Cu =x 时溶液的E Au G 、E Cu G 和m mix G ?；（b ）3.0Cu =x 时1500K 溶液Au 和Cu 的平衡分压。已知液体纯金属的饱和蒸气压（Pa ）： 5. 可逆电池Cd(纯)| LiCl-KCl-CdCl 2(熔体)|Cd(Cd-Sb 合金) 在773K ，Cd-Sb 合金中602.0Cd =x 时，实验测得电动势E = 0.02848V ，电动势温度系数1-4K V 103363.0??=??? ????-p T E ，试计算以纯镉为参考态时合金中镉的Cd a 、Cd mix S ?和Cd mix H ?。 6. Mg-Zn 合金中锌的活度系数表示式： () 667.0667.1831.01750lg 1.5 Zn 2.5Zn Zn +-??? ??+-=x x T γ 试计算1000K ，x Mg = 0.32时，Mg-Zn 合金中镁的活度系数和活度。 7. 1423K 时液体Ag-Cu 合金的过剩热力学性质： -1C u A g A g C u E m mol J )1630023000(?+=x x x x H ， -1-1C u A g A g C u E m mol K J )351.1983.5(??+=x x x x S 求E Cu H 和E Cu S 与组成的关系式，并计算x Cu = 0.5时Cu 的活度。

热力学原理在化学中的应用

热力学原理在化学中的应用有两个很基本的问题贯穿着整个化学学科：第一个问题可以通过下面这个例子说明：我已经知道水分子是由氢原子和氧原子构成的，那么我现在有一些氢气和一些氧气，我把它们混合后能否产生水呢？如果不能，那么在什么条件下是可以的？第二个问题可以沿用上面的例子：现在我有方法让氢气和氧气生成水了，那么我拿1mol氢气和0.5mol氧气就一定能产生1mol水么？用化学的语言概括：1、如何判断化学反应的方向。2、如何计算化学反应的限度。下面就以上述的两个问题进行说明热力学原理在化学中的应用： 1.判断化学反应的方向： a)根据“熵变”判断当我们已知有材料A、B，并需要C、D时，我们就希望下列反应能够进行： A+B C+D 能否自发地进行，如果不能，我们又需要给予怎样的条件才能使它们进行？熵变和吉布斯自由能函数给了我们衡量反应是否自发进行的标准。在热力学中，我们赋予了反应物与产物“熵”这个概念，它的数值是一个状态函数，即无论在怎样的过程下，只要始态与终态确定了，那么这个过程的熵变就可以确定。

通过化学家反复实验论证，得到了克劳修斯不等式：这个不等式说明了一个反应过程是否能自发进行，是由这个过程的热温商与其熵变的大小关系决定的。然而一个体系的熵变的测定是十分困难的，所以我们将体系与环境一并考虑：这就是我们所熟知的热力学第二定律，孤立体系的熵变是恒大于或等于0的，特别的，自发过程的熵变总是大于0，因此它也被称作熵增原理。于是，当我们需要判断一个反应是否自发发生时，就可以根据：计算反应前后的系统熵变，并与0相比较即可。 b)根据“吉布斯自由能函数值”判断事实上，孤立体系的熵变计算要同时考虑环境和体系的熵变，这很不方便，因此根据熵变判断反应方向仍然是有困难的。因此我们引入了一个新的量，叫做吉布斯自由能：

工程热力学基础与理论循环

第一章工程热力学基础知识热力学是研究能量（特别是热能）性质及其转换规律的科学。工程热力学是热力学最早发展起来的一个分支。它的主要内容包括三部分：（1）介绍构成工程热力学理论基础的两个基本定律—热力学第一定律和热力学第二定律。（2）介绍常用工质的热力学性质。（3）根据热力学基本定律，结合工质的热力性质，分析计算实现热能和机械能相互转换的各种热力过程和热力循环，阐明提高转换效率的正确途径。本章仅就工程热力学基础知识作一简要阐述，为学习汽车发动机原理提供必要的理论基础和分析计算方法。 1.1 气体的热力性质一、气体的热力状态及其基本参数热机的运转是靠气态工质及在特定的条件下不断地改变它的热力状态（简称状态），执行某一具体的热功转换过程来实现的。常用的气态工质基本上可分为两类：气体和蒸气。气体是指远离液态，不易液化的气态，而蒸气则是指液态过渡过来或者比较容易液化的气态。内燃机的工质是气体（包括空气、燃气和烟气），所以我们仅讨论气体的性质。标志气体热力状态的各个物理量叫做气体的状态参数。常用的状态参数主要有6个，即压力p、温度T、比体积v、内能U、焓H、熵S。其中p、T、v可以直接用仪表测量。且其物理意义易被理解，所以称为描述工质状态最常用的基本状态参数。（一）压力p 气体对单位面积容器壁所施加的垂直作用力称为压力p，按照分子运动论，气体的压力是大量分子向容器壁面撞击的统计量。压力的单位为Pa，或记作N/m2，工程上亦常用kPa与MPa。容器内气体压力的大小有两种不同的表示方法。一种是指明气体施加于器壁上的实际数值，叫绝对压力，记作p；另一种是测量时压力计的读数压力，叫表压力，记作p g。由图1-1可知，表压力是绝对压力高出于当时当地的大气压力p o的数值。

化工热力学基本概念和重点

第一章热力学第一定律及其应用本章内容： *介绍有关热力学第一定律的一些基本概念，热、功、状态函数，热力学第一定律、热力学能和焓，明确准静态过程与可逆过程的意义，进一步介绍热化学。第一节热力学概论 *热力学研究的目的、内容 *热力学的方法及局限性 *热力学基本概念一．热力学研究的目的和内容目的：热力学是研究热和其它形式能量之间相互转换以及转换过程中所应遵循的规律的科学。内容：热力学第零定律、第一定律、第二定律和本世纪初建立的热力学第三定律。其中第一、第二定律是热力学的主要基础。一．热力学研究的目的和内容把热力学中最基本的原理用来研究化学现象和化学有关的物理现象，称为化学热力学。化学热力学的主要内容是： *利用热力学第一定律解决化学变化的热效应问题； *利用热力学第二律解决指定的化学及物理变化实现的可能性、方向和限度问题，建立相平衡、化学平衡理论； *利用热力学第三律可以从热力学的数据解决有关化学平衡的计算问题。二、热力学的方法及局限性方法：以热力学第一定律和第二定律为基础，演绎出有特定用途的状态函数，通过计算某变化过程的有关状态函数改变值，来解决这些过程的能量关系和自动进行的方向、限度。而计算状态函数的改变只需要根据变化的始、终态的一些可通过实验测定的宏观性质，并不涉及物质结构和变化的细节。二、热力学的方法及局限性优点： *研究对象是大数量分子的集合体，研究宏观性质，所得结论具有统计意义。 *只考虑变化前后的净结果，不考虑物质的微观结构和反应机理，简化了处理方法。二、热力学的方法及局限性局限性： *只考虑变化前后的净结果，只能对现象之间的联系作宏观的了解，而不能作微观的说明或给出宏观性质的数据。例如：热力学能给出蒸汽压和蒸发热之间的关系，但不能给出某液体的实际蒸汽压的数值是多少。 *只讲可能性，不讲现实性，不知道反应的机理、速率。三、热力学中的一些基本概念 *系统与环境系统：

热力学三大定律

热力学三大定律热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律。热力学第二定律有几种表述方式：克劳修斯表述热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体，但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物；开尔文-普朗克表述不可能从单一热源吸取热量，并将这热量变为功，而不产生其他影响。热力学第三定律通常表述为绝对零度时，所有纯物质的完美晶体的熵值为零。或者绝对零度（T=0K）不可达到。热力学第一定律也就是能量守恒定律。内容一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它做功的和。（如果一个系统与环境孤立，那么它的内能将不会发生变化。）表达式:△U=W+Q 符号规律：热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外做功，向外界散热和内能减少的情况，因此在使用:△U=W+Q时，通常有如下规定： ①外界对系统做功，W>0，即W为正值。 ②系统对外界做功，也就是外界对系统做负功，W<0,即W为负值 ③系统从外界吸收热量，Q>0，即Q为正值 ④系统从外界放出热量，Q<0，即Q为负值 ⑤系统内能增加，△U>0，即△U为正值 ⑥系统内能减少，△U<0，即△U为负值从三方面理解 1.如果单纯通过做功来改变物体的内能，内能的变化可以用做功的多少来度量，这时物体内能的增加（或减少)量△U就等于外界对物体（或物体对外界）所做功的数值，即△U=W 2.如果单纯通过热传递来改变物体的内能，内能的变化可以用传递热量的多少来度量，这时物体内能的增加（或减少)量△U就等于外界吸收（或对外界放出）热量Q的数值，即△U=Q 3.在做功和热传递同时存在的过程中，物体内能的变化，则要由做功和所传递的热量共同决定。在这种情况下，物体内能的增量△U就等于从外界吸收的热量Q和对外界做功W之和。即△U=W+Q 能量守恒定律能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。能量的多样性物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷具有电能、原子核内部的运动具有原子能等等，可见，在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应。不同形式的能量的转化 “摩擦生热”是通过克服摩擦力做功将机械能转化为内能；水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起，表明内能转化为机械能；电流通过电热丝做功可将电能转化为内能。。。这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化，且这一转化过程是通过做功来完成的。能量守恒的意义

化工热力学理论

第2章流体的p-V-T(x)关系 1.1 本章学习要求本章的核心容是流体的PVT关系。要求学生掌握纯物质的P-V-T立体相图中，点、线、面所代表的物理意义及在 PT面和 PV面上投影所形成的P-T相图和P-V相图。认识物质的气、液、固三类常见状态和气 -液、气-固、液-固相平衡等在相图中的表征方法；掌握临界点的物理意义及其数学特征。要求掌握理想气体的基本概念及其基本的数学表达方法；明确在真实条件下，物质都是以非理想状态存在的，掌握采用立方型状态方程和Virial方程进行非理想气体PVT计算的方法。 1.2 重点 1.2.1 纯物质的PVT关系图1-1 纯物质的p-V-T相图图1-2 纯物质的p-T图图1-3 纯物质的p-V图临界点C在图上表现为拐点，数学上的可表述为： C T T P V = ?? ? = ? ? ?? (1-1) C 2 2 T T P V = ?? ? = ? ? ?? (1-2)

1.2.2 状态方程(Equations of State ，EOS) 状态方程是物质P-V-T 关系的解析式，可表达为函数关系： f (P,V,T)0= (1-3) 状态方程的重要价值在于： (1) 用状态方程可精确地代表相当广泛围的P-V-T 数据，大大减小实验测定的工作量； (2) 用状态方程可计算不能直接从实验测定的其它热力学性质； (3) 用状态方程可进行相平衡计算，如计算饱和蒸气压、混合物气液相平衡、液-液平衡等，尤其是在计算高压气液平衡时的简捷、准确、方便，为其它方法不能与之相比的。 1.2.3 理想气体状态方程理想气体状态方程是流体状态方程中最简单的一种，理想气体的概念是一种假想的状态，实际上并不存在，它是极低压力或极高温度下各种真实气体的极限情况。数学表达式为： P 0 (V ) lim (PV)RT →→∞=或PV RT = (1-4) 1.2.4 真实气体状态方程大体上分为三类：第一类是立方型状态方程，如Van der Waals 、RK 、SRK 、PR 、PT 等；第二类是多项级数展开式的状态方程，如Virial 、BWR 、MH 等；第三类是理论型状态方程。 1.2.4.1 立方型状态方程 (1) Van der Waals(VdW ，1873年)方程 (2) Redlich-Kwong(RK ，1949年)方程 (3) Soave-Redlich-Kwong(SRK ，1972年)方程 (4) Peng-Robinson(PR ，1976年)方程 (5) Patel-Teja(PT,1982年)方程立方型状态方程的应用： (1) 用一个EOS 即可精确地代表相当广泛围的实验数据，藉此可精确计算所需的数据； (2) EOS 具有多功能性，除了PVT 性质之外，还可用最少量的数据计算流体的其它热力学函数、纯物质的饱和蒸气压、混合物的气-液相平衡、液-液相平衡，尤其是高压下的相平衡计算； (3) 在相平衡计算中用一个EOS 可进行二相、三相的平衡数据计算，状态方程中的混合规则与相互作用参数对各相使用同一形式或同一数值，计算过程简捷、方便。 1.2.4.2 多项级数展开式方程 (1) Virial 方程 PV B Z 1RT V = =+ (1-38) 通常适用于C T T <，P 1.5MPa <压力下的真实气体PVT 关系和其它热力学性质计算。截至第III 项的Virial 方程为：

《冶金原理》课后习题及解答1-

第一章 1 冶金原理研究的主要内容包括_冶金动力学、冶金热力学、冶金溶液。 2 金属熔体指液态的金属、合金。 1、冶金原理是提取冶金的主要基础科学，它主要是应用__物理化学、_____的理论和方法研究提取冶金过程，为解决有关__技术___问题、开拓__新__的冶金工艺、推进冶金技术的发展指明方向。、 2、根据组成熔体的主要成分的不同，一般将冶金熔体分为__金属熔体、熔渣、熔盐、熔硫。 3、冶金原理按具体的冶金对象分为__钢铁____冶金原理及__有色金属___冶金原理。 4、根据熔渣在冶炼过程中的作用的不同，熔渣主要分为____冶炼渣、精炼渣、富集渣、合成渣____四种。在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择_熔渣____，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。。。 5、熔渣是_金属提炼______和_____精炼过程__的重要产物之一。 6、熔渣是指主要由各种_氧化物_____熔合而成的熔体。 7、__富集渣______的作用在于使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便在后续工序中将它们回收利用。 8、__精炼渣_____的作用是捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。 9、在造锍熔炼过程中，为了使锍的液滴在熔渣中更好的沉降、降低主金属在渣中的损失，要求熔渣具有较低的粘度、密度、渣-锍界面张力。 10、为了提高有价金属的回收率、降低冶炼过程的能耗，必须使锍具有合适的物理化学性质。 11、在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择__熔渣成分______，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。 12、冶金过程热力学可以解决的问题有：1）计算给定条件下的；根据的正负判断该条件下反应能否自发地向________进行：2）计算给定条件下的平衡常数，确定反应进行的______；3）分析影响反应的和平衡常数，为进一步提高________指明努力方向。预期方向；限度；转化率。 13大多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物：FeO、CaO、SiO2 14高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物：CaO、Al2O3、SiO2 15熔盐——盐的熔融态液体，通常指无机盐的熔融体 16在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或反应产物叫________ 冶金熔体 1、应为熔盐有着与水溶液相似的性质，因此熔盐电解成为了铝、镁、衲、锂等金属唯一的或占主导地位的生产方法。错 2、对于软化温度低的炉渣增加燃料耗量不仅能增大炉料的溶化量，而且还能进一步提高炉子的最高温度。错 3、熔锍的性质对于有价金属与杂质的分离、冶炼过程的能耗等都有重要的影响。对 4、冶金熔体——在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或反应产物。对 5、金属熔体不仅是火法冶金过程的主要产品，而且也是冶炼过程中多相反应的直接参加者。如炼钢中的许多物理过程和化学反应都是在钢液和炉渣之间进行的。对 6、常见的熔盐——由碱金属或碱土金属的卤化物、碳酸盐、硝酸盐以及磷酸盐等组成。对 7、非金属熔体包括：熔渣、熔盐、熔硫对 1、什么事冶金熔体？它分为几种类型？

工程热力学基本概念与重要公式

第一章基本概念 1.基本概念热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。相对压力：相对于大气环境所测得的压力。如工程上常用测压仪表测定系统中工质的压