2022-2023学年高二物理竞赛课件：铁电体的热力学理论

铁电体的热力学理论 2 铁电体的热力学理论 热力学函数，热力学关系 Thermal potentials 3 铁电体在某一温度发生从非铁电相到铁电相的转变，或者从一铁电相到另一铁电相的转变，总是伴随着晶体结构的改变。在某一温度，晶体从一种结构转变到另一种结构，热力学称之为相变。所以铁电体从非铁电相到铁电相的转变，或者从一铁电相到另一铁电相的转变，都属于相变问题，都可以用热力学方法来分析处理。 4 热力学基本方程式 5 Thermal potential 按照热力学理论，在独立变量适当选定之后，只要一个热力学函数就可以把一个均匀系统的平衡态性质完全确定。这个函数称为特征函数，或热力学函数，或热力学势 6 根据热力学第一定律 一个热力学系统内能的变化等于系统从外界吸收的热量和外界对系统所做的功。即： 式中U代表系统的内能；Q表示系统从外界所吸收的热量，W代表外界对系统所做的功。 这些量的单位在CGS单位制种是（尔格），它等于（达因）/（厘米）；在MKS单位制种是（焦耳），等于（牛顿）/（米），1焦耳=107尔格。 7 上式虽然给出了内能、热量和功的三者关系，但是要进一步运用，还需解决两个问题：一是热量的问题；二是功的问题。 关于热量的问题，根据热力学第二定律，对于可逆过程，系统吸收的热量等于系统的温度与系统熵的变化之乘积，即 其中Θ代表系统的温度，σ代表系统的熵。 8 在一般热力学书中温度用T表示，熵用S表示，这里为了避免与应力T和应变S混合，改用σ表示熵，Θ代表温度。 对于不可逆过程，系统吸收的热量小于系统的温度与熵的变化的乘积，即 9 将热量的表达式代入到热力学第一定律中即得 ：代表可逆过程 ：代表不可逆过程 10 这一些都是热力学基本方程式。关于功的问题。不论是一般电介质还是铁电体，外界对系统做的功可分为两部分，即弹性力（或应力）所做的功和电场所做的功。即： 其中Wm代表弹性力所做的功，We代表电场所做的功。 11 图 7-1 一维弹性介质中的体积元dXdYdZ F1=T1dydz S1dx 12 将上式两边除以体积dV，并令 dWm为拉力（或应力）对单位体积元所做的功，即得 可见在一维情况下，弹性力（或应力）对单位体积所做的元功，等于作用在该单位体积上的应力T1与应变S1之乘积。 $$