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16mn低合金管应用热力学和统计物理研究

发布时间:2021-10-25人气:22

应用热力学和统计物理研究合金的相图、相变及有关性能等问题的学科。合金热力学又叫固体热力学或材料热力学,即将研究的对象推广到固体或材料。合金热力学又叫冶金热力学,则将它推广到广泛的冶金现象。合金热力学又叫合金能量学,强调它用能量的观点,处理有关合金的问题。合金热力学的理论基础经典热力学经典热力学是现象理论。它所依据的是从无数经验归纳出的三个定律,然后从此演绎出许多描述物质平衡性质的关系式。热力学第一定律是力学中机械能转换和守恒定律的延伸。若环境对体系作功W,体系又从环境吸热Q,则体系的内能增加ΔU为:ΔU=W+Q (1)  或 dU=δW+δQ (1a)  由于U是状态函数,才能写为全微分;而W及Q随过程而有所不同,不能写为全微分。热力学第二定律指出了过程方向,它的一种表达方式便是熵增原理:dS(总)=(dS(体)+dS(环))≥0 (2)  式中dS(体)、dS(环)及dS(总)分别表示体系、环境和总熵的全微分;(2)式中“=”表示平衡关系;“>”表示过程方向。熵的概念是在19世纪研究热机效率时提出的:从状态 1到状态 2的热量变化是随途径而异

的,而可逆过程的 则与途径无关。人们定义熵S的全微分为:dS呏δQr/T (3)  δQr是可逆过程的热量变化,T是绝对温度,由于S是状态函数,故可写为全微分。热力学第三定律是为了计算熵的绝对值的。凝聚系的熵在恒温过程中改变值ΔS随绝对温度降低而趋于零。即:

(4)  从(3)式得到:(5)  从(4)式可以证明S0是一个绝对常数,一般选择S0=0。热力学第一及第二定律分别引入体系的状态函数U及S,为了分析问题的方便,定义了焓H、自由能F及自由焓G式中p及V分别是体系的压强和体积。合并第一及第二定律,可以获得关闭体系(与环境没有物质交换)的平衡条件(=)及过程方向(<)为:   (dU)v,S≤0 (9)    (dH)p,S≤0 (10)    (dF)v,T≤0 (11)    (dG)p,T≤0 (12)    由于p、V、T、S、U、H、F、G都是状态函数,借助于微分方程,可以导出许多表述物质平衡现象的关系式。例如,考虑可逆过程的膨胀功(pdV),则合并第一定律(1)式及第二定律(3)式得到:   dU=TdS-pdV (13)    利用上式及H、F、G定义,可以分别得到:   dH=TdS+Vdp (14)    dF=-SdT-pdV (15)    dG=-SdT+Vdp (16)    若再考虑可逆过程的其他功(下表)

,     则与-pdV 相对应的有F·dι、γdA、εdZ、H·dJ,因而广义焓的定义为:

   (17)  式中YK为与体系的物质总量无关的“强度性质”,如表中p、F、γ、ε、H;XK为与体系的物质总量有关的“广度性质”,有时将YK和XK分别叫作“广义力”和“广义位移”。


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