热力学统计物理 汪志成 西北工业大学 课件VIP专享VIP免费

热力学·统计物理教材：汪志诚《热力学·统计物理》参考书：F.Mandl,StatisticalPhysicsF.Reif,FundamentalsofStatisticalandThermalPhysicsK.Huang,StatisticalMechanics吴大猷《热力学、气体运动论及统计力学》林宗涵《热力学与统计物理学》苏汝铿《统计物理学》绪论（Preface）（热力学与统计物理的研究对象、方法与特点）1．什么是热力学？一维定义x（x表示研究的对象）：二维定义xy（y表示研究的内容）：三维定义xyz（z表示研究方法）：四维定义wxyz（w表示研究的目的）：多维定义或全息定义：还要说明它的发展趋势、与其他学科的交叉、世纪难题和突破口。一维定义：热力学是研究热现象和热运动规律及其物性的宏观理论。二维定义：热力学是研究热现象和热运动规律及相关物理性质的宏观理论，内容包括三个部分：（1）（传统）平衡态热力学：i.热现象过程中能量转化的数量关系；ii.判断不可逆过程进行的方向；iii.物质的平衡性质。（2）线性非平衡态热力学（昂萨格（Onsager））（3）非线性非平衡态热力学（普里戈金Prigogine）2．什么是统计物理学？统计物理学：研究热现象和热运动规律及相关物理性质的微观理论。按内容分成三个部分：（1）平衡态统计理论；（2）非平衡态统计理论；（3）涨落理论。3．热力学和统计物理学的方法与特点：（1）热力学：以大量实验总结出来的几条定律为基础，应用严密逻辑推理和严格数学运算来研究宏观物体热性质与热现象有关的一切规律。优点：结论具有很高的可靠性和普遍性；缺点：由于热力学理论不涉及物质的微观结构和粒子的运动，把物质看成是连续的，因此不能解释宏观性质的涨落。（2）统计物理：从物质的微观结构出发，考虑微观粒子的热运动，讨论微观量与宏观量的关系，通过求统计平均来研究宏观物体热性质与热现象有关的一切规律。优点：它可以把热力学的几个基本定律归结于一个基本的统计原理，阐明了热力学定律的统计意义；缺点：可求特殊性质，但可靠性依赖于微观结构的假设，计算较复杂。（3）二者联系：热力学对热现象给出普遍而可靠的结果，可以用来验证微观理论的正确性；统计物理学则可以深入热现象的本质，使热力学的理论获得更深刻的意义。第一章第一章热力学的基本规律热力学的基本规律热力学是研究热现象的宏观理论——根据实验总结出来的热力学定律，用严密的逻辑推理的方法，研究宏观物体的热力学性质。热力学不涉及物质的微观结构，它的主要理论基础是热力学的三条定律。本章的内容是热力学第一定律和热力学第二定律。一、平衡态1.热力学系统：把研究的若干个物体看成一个整体，即为系统。外界：系统之外的所有物质称为外界系统§1.1热力学系统的平衡状态及其描述：系统与外界既无物质交换，又无能量交换。：系统与外界有能量交换，但无物质交换。：系统与外界既有物质交换，又孤立系统闭系系有能量交换。统开系系统物质交换能量交换孤立系统系统仅有能量交换闭系系统物质交换能量交换开放系统能量交换+物质交换2.平衡态：在不受外界的影响的条件下（孤立系统），系统的宏观性质不随时间变化的状态。不受外界影响，指系统不与外界进行能量和物质交换。3.关于平衡态的几点说明（1）实际系统都要或多或少地受到外界影响，不受外界影响的孤立系统，同质点模型、刚体模型、点电荷模型和点光源模型一样都是一个理想化的概念；（2）系统处于平衡态时宏观性质不随时间变化，但组成系统的大量粒子还在不停地运动着，只是这些运动的平均效果不变而已。因此热力学平衡态又称热动平衡；（3）处于平衡态的系统，其宏观性质会发生一些起伏变化，叫涨落。一般宏观物质系统的涨落很小，在热力学的范围内将其忽略不予考虑；（4）弛豫时间的概念。二、状态参量1、状态参量：在力学中质点的运动状态用位移、速度、加速度等物理量来描述。热学中的平衡态有确定的宏观性质，也必须用确定的物理量来描述。用来描述平衡态的宏观变量称为状态参量。那么如何用状态参量来描述平衡态呢？如果讨论的是混合气体，除了P,V两个参量外还需要一个描述系统化学成分的参量，如不同成分的质量或者摩尔数等，称为化学参量。如果系统处...