统计热力学及其应用（设计）（本科）学院化学化工学院专业化学年级2010级2班姓名葛西杰论文题目统计热力学及其应用指导教师胡付欣职称教授成绩学号：201050512072014年1月6日统计热力学及其应用姓名：葛西杰学号：20105051207化学化工学院化学专业引言1统计热力学的研究对象和方法热力学是以大量分子的集合体作为研究对象，以由大量实验为依据归纳出的热力学三定律为基础，利用热力学数据，通过严密的逻辑推理，进而讨论平衡系统的各宏观性质之间的相互关系及其变化规律，揭示变化过程的方向和限度。从热力学所得到的结论对宏观平衡系统具有高度的普适性和可靠性，这已被大量的实践经验所证明。由于热力学处理问题时不考虑物质的微观结构，它的正确性不受人们对物质微观结构的认识知识所影响，这就给人们处理宏观平衡系统带来很大的便利，这是它的优点，但同时也是它的缺点所在。任何物质的各种宏观性质都是微观粒子运动的客观反映，人们不会满足于热力学对平衡系统各种宏观性质的经验性描述，而是希望从物质的微观结构出发来了解其各种宏观性质。这是热力学所不能解决的，而统计热力学在这点上弥补了热力学的不足。统计力学是统计物理学的一个分支，发展于19世纪中期，计算机科学的发展极大地促进了统计力学的发展。统计力学的研究对象是大量分子的集合体，其目的是从微观粒子所遵循的量子规律出发，用统计平均的方法推断出宏观物质的各种性质之间的联系。统计力学现在已发展成为一门独立的学科，它是沟通宏观学科和微观学科的桥梁在物理化学中，应用统计力学方法研究平衡系统的热力学性质，就形成统计热力学。与热力学一样，其研究对象也是大量分子的集合体，但它们研究方法不同，统计热力学是微观理论，而热力学是宏观理论。统计力学的研究方法是微观的方法，它是根据统计单元的力学性质(如速率、动量、位置、振动、转动等)，用统计的方法来推求系统的热力学性质(如压力、热容、熵等热力学函数)。19世纪末期，玻耳兹曼运用经典力学处理微观粒子的运动，创立了经典统计热力学；1900年普朗克提出量子论，引入能量量子化概念，麦克斯韦(Maxwell)将能量量子化概念引入统计热力学，对经典统计进行某些修正，发展成初期的量子统计——麦克斯韦一玻耳兹曼统计；1924年以后，诞生了量子力学，统计力学的基础和方法也相应得到发展，又出现了一些新的统计方法，如玻色一爱因斯坦(Bose—Enstein)统计、1费米一狄拉克(FeHlli．Dirac)统计。2统计体系的分类热力学按照系统与环境相互关系的不同，对系统进行分类，这种分类方法显然不适合于统计热力学，因为统计热力学要从物质的微观结构出发来研究宏观性质。这就要求必须将宏观系统看做一个力学的粒子系统来处理，这里粒子指分子、原子、离子等微观粒子。因此统计热力学将引入不同的系统分类方法。按照粒子问是否可以分辨(或区分)把系统分为定域子系统(或称定位系统、可别粒子系统)和离域子系统(或称非定位系统、等同粒子系统)。前者的粒子可以彼此区分，这里彼此区分有两种含义：一是指粒子本身属性不同，可以区分。二是粒子本身属性并无差异，但空间位置可以区分。例如，原子晶体，由于每个原子都是固定在一定的晶格位置上振动。尽管原子之间属性并无差异，但是我们可以想像给每个不同位置的原子进行编号以便区分，所以原子晶体属于典型的定域子系统。后者的粒子不能区分，粒子本身属性无异，位置也不可区分。例如，理想气体，由于气体分子运动的波粒二象性，我们不能在特定时刻确定每个气体分子的空间位置，无法对它们进行位置编号加以区分，因此理想气体是典型的离域子系统。按照粒子之问有无相互作用，又可把系统分为独立粒子系统和非独立粒子系统(或称相依粒子系统)。前者粒之间的相互作用非常弱，可以忽略不计，如理想气体，其中的分子是一个个独立的个体，分子间的相互作用势净0，系统总能量U是各个粒子的能量之和。依据几个经验定律，通过逻辑推理的方法导出平衡系统的宏观性质和变化规律。特点：其结论有高度的可靠性，且不依赖人们对微观结构的认识。(知其然不知其所以然——这正是热力学的优点，也是其局限性)统计热力学研究方法:...
