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材料熱力學一

授課老師

課程試聽
黃倉秀
國立清華大學材料科學工程學系    特聘教授
 
* 學      歷 *
美國西北大學材料科學工程學系博士
* 榮      譽 * 國立清華大學90、93、97傑出教學獎
* 授課領域 * 材料熱力學、物理冶金、金屬半導體接面
* 研究專長 * 光電半導體、半導體金屬接面、薄膜技術
* 教學網站 * http://www.mse.nthu.edu.tw

 



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2018-01-16 Internet Of Things 物聯網系列課程 歡迎您踴躍報名!
2017-11-22 2017學生筆記招募活動 - 誠摯歡迎卷哥*卷姊的私藏筆記加入OCW典藏行列!
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2016-08-23 【OCW誠徵美術工讀生 : 歡迎我愛藝術、故我存在的你加入我們的行列!】
2016-08-11 *開放式課程誠徵文案撰寫鬼才!!
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2016-08-05 【10510工讀招募】誠徵材料動力學課程錄影工讀生!
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2016-05-17 【重要】5/20 - 6/12 教學意見調查,您神聖的一票將決定我們未來拍攝的抉擇!請清華學子至校務資訊系統踴躍投票!
2016-05-12 【凌亂的天書筆記、瞌睡中錯過的重點整理,是否讓你感到無力、想要放棄? OCW 陪您一起力挽狂瀾、拯救錯過的學習機會! 】
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2016-04-29 【第15期教學發展中心電子報】
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2016-04-14 【NTHU OCW 】惰性沒有藉口,優質課程帶著走! 有智慧的學習,才是終生學習的智慧! OCW APP 陪你智慧升級!
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課程大綱

倉秀哥為您點燃一盞材料熱力學的學習光明燈!!謝倉秀哥大愛無私地奉獻材料熱力學的講義, 幫助學弟妹有效率地學習。老師的講義已經整理好課堂上的內容,若是同學能自己動手記錄下課堂上的重點,配合老師的講義內容,相信更能事半功倍加深記憶。


【課程介紹】
       Course Description
     本課程分兩學期授課,上學期先介紹熱力學三大定律及各種熱力學函數,例如熱容量, entropy,焓及自由能等;並討論單相氣體及凝態系統之熱力學性質o從統計熱力學解釋 entropy之微觀意義,以及partition function與自由能之關係式,並特別舉例說明其應用於熱容量之理論推導o下學期則討論理想與真實溶液之性質,雙元相圖與自由能之關係,化學反應之平衡觀念,特別以固態材料系統為對象,探討其化學反應及相轉變所需考量之熱力學觀念。


 
 
【指定用書】
       Text Book
*
 
D.R. Gaskell: "Introduction to the Thermodynamics of Materials," 5th ed.  
   
 
【參考書籍】
      References 
*
 
R.T. DeHoff, "Thermodynamics in Materials Science," McGraw-Hill, 1993. 
*
 
R.A. Swalin, "Thermodynamics of Solids," 2nd ed., John Wiley&Sons, 1972. 
 
 
【教學方式】
      Teaching Method
   課堂講解  
 
 
 【教學進度】
     Syllabus
  【第1週】
        Ch.1 Introduction and Definitions of Terms (I):
              1. What do we learn from “Materials Thermodynamics”?  
              2. Classical versus Statistical Thermodynamics, 
              3. Thermodynamics versus Kinetics.
              4. Thermodynamic systems of materials, 
              5. Thermodynamic variables, 
              6. Concept of state, 
              7. How to distinguish a state function.


 【第2週】             
       Ch.1 Introduction and Definitions of Terms (II): 
              8. Equation of state of an ideal gas. 
       Ch.2 First Law of Thermodynamics:
              1. Energy conversion, 
              2. Relation between heat and work, 
              3. First law of thermodynamics,
              4. Internal energy (U) and Enthalpy (H), 
              5. Heat capacity. 
              6. Reversible Adiabatic Process, 
              7. Reversible Isothermal Process, 
              8. Calculation examples for monatomic ideal gas.


 【第3週】
       Ch.3 Second Law of Thermodynamics (I):
               1. Spontaneous Process and Reversible Process, 
               2. Entropy and Degree of Irreversibilty, 
               3. Entropy and Reversible Heat, 
               4. Reversible Isothermal Compression of Ideal Gas, 
 
               5. Reversible Adiabatic Expansion of Ideal Gas. 
               6. Properties of Heat Engine, 
               7. Thermodynamic Temperature Scale, 


 【第4週】
       Ch.3 Second Law of Thermodynamics (II):
              8. Second Law of Thermodynamics. 
              9. Maximum Work for Reversible Process,
             10. Criterion for Equilibrium,
             11. Combined Statement of 1st and 2nd Laws.

 
 【第5週】
       Ch.3 Second Law of Thermodynamics (III):
              12. Calculation Examples.
       Ch. 4 Auxiliary Functions (I):
                1. Defined Functions of H, A, G and their
                      differential equation. 
                2. Enthalpy and constant pressure heat,
                3. Helmholtz Free Energy.
 
 
  【第6週】
        Ch. 4 Auxiliary Functions (II):
                4. Gibbs Free Energy, 
                5. Summary of Criteria for Equilibrium, 
                6. Coefficient Relations, 
                7. Maxwell Relations,
                8. Reciprocal and Ratio Relation,

 
   【第7週】 
         Ch. 4 Auxiliary Functions (III):
                9. Derived equations: 1st, 2nd , 3rd TdS equations; 
                        
Gibbs-Helmholtz Equation; cp-cv; and other
                        important equations for ideal gas. 
                10.General Strategy for Deriving Thermodynamic
                          Relations,

 
    【第8週】
           Ch. 4 Auxiliary Functions (IV):
                 11. Application to an Ideal Gas,
                 12. Application to Solids and Liquids, 
                 13. Calculation Examples.
 

     【第9週】
          Mid-term exam;
          Ch.5 Statistical Thermodynamics (I):
                1. Physical Significance of U and S, 
                2. Entropy and Disorder on an Atomic Scale, 
                3. Macrostate and Microstate


     【第10週】
           Ch.5 Statistical Thermodynamics (II):
                 4. Determination of the Most Probable Microstate, 
                 5. Partition Function and Boltzmann Equation
                         for Entropy, 
                 6. Heat Flow and Entropy Production, 
                 7. Configurational Entropy and Thermal Entropy, 
                 8. Calculation Examples,
                 9. Calculation of S, A, U, Cv from Partition Function. 
 
 
     【第11週】
           Ch.5 Statistical Thermodynamics (III):
                 10. A model with Two Energy Levels, 
                 11. Internal Energy and Heat Capacity of a Crystal,
                 12. Internal Energy and Heat Capacity of
                       Monatomic and Polyatomic Ideal Gases.

 
     【第12週】
           Ch.6 Heat Capacity, Enthalpy,
                 Entropy as a function of T (I):
                 1. Heat Capacity, 
                 2. Hp(T), Hp(T) and Q (Heat of Reaction), 
                 3. S(T) and the 3rd Law of Thermodynamics, 
                 4. Experimental Verification of 3rd Law. 

 
     【第13週】
           Ch.6 Heat Capacity, Enthalpy,
                 Entropy as a function of T (II):
                 5. Influence of P on H and S, 
                 6. Calculation Examples.


     【第14週】
           Ch.7 Phase Equilibrium
                in One Component System (I):
                 1. Thermodynamic Equilibrium,
                 2. G(T), G(T) at constant P=1 atm, 
                 3. G(P), G(P) at constant T, 
                 4. Phase Equilibrium Between Solid and Liquid, 
                 5. Phase Equilibrium Between Condensed phases
                         and Vapor.

     【第15週】
            Ch.7 Phase Equilibrium
                 in One Component System (II):
                  6. Phase Diagram in One Component System, 
                  7. Solid-Solid Equilibrium (Allotropy), 
                  8. Calculation Examples.

 
 
     【第16週】
            Ch.8 Behavior of Real Gases (I)
                1. Ideal Gas versus Real Gas, 
                2. P-V-T Relationships of Gases, 
                3. Deviation from Ideality and Equations of State
                       for Real Gases, 
                4. Van der Waals Gas, 
                5. Other Equations of State for Nonideal Gases.


     【第17週】
           Ch.8 Behavior of Real Gases (II)
                6. Thermodynamic Treatment of Nonideal Gases, 
                7. Calculation Examples.

     【第18週】
            Final Exam.
 
 

 

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