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一、热力学与统计物理的研究对象、方法与特点 研究对象：宏观物体热性质与热现象有关的一切规律。 方法与特点： 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。 较普遍、可靠，但不能求特殊性质。 统计物理： 从物质的微观结构出发，考虑微观粒子的热运动， 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。 可求特殊性质，但可靠性依赖于微观结构的假设， 计算较麻烦。 两者体现了归纳与演绎不同之处，可互为补充，取长 补短。 宏观与微观 宏观现象与宏观量：宏观现象即一个系统所表现出来的各 种物理性质以及这些性质的变化规律。描述一个系统宏观 性质的物理量称为宏观量。例：P 、V、T、E 、C等。 微观运动与微观量：微观运动即系统内部的微观粒子的热 运动。描述微观粒子热运动的物理量称为微观量。例：m 、 v、等。 宏观与微观的关系：微观粒子的热运动与系统的各种宏观热 现象之间存在着内在的联系。宏观量等于微观量的统计平均 值。 二、热力学理论的发展 1 经典热力学 1824年：卡诺定理：卡诺（Carnot） 1840’s：热力学第一定律：能量守恒定律 迈尔（Mayer）、焦耳(Joule) 1850’s：热力学第二定律、熵增加原理： 克劳修斯（Clausius）、开尔文（Kelvin）： 1906年：热力学第三定律：能斯特定理，能斯特（Nernst） Sadi Carnot J.R.Mayer J.P.Joule R. Clausius W. T. Kelvin W. H. Nernst (1796-1832 ) (1814-1878) (1818-1889) (1822-1888) (1824-1907) (1864-1941) 经典热力学特点： • 不涉及时间与空间； • 以平衡态、准静态过程、可逆过程为模型； • 经典热力学  静热力学。 2 非平衡态热力学（1930’s） （1）线性非平衡态热力学 翁萨格（Onsager），1968年诺贝尔奖 Lars Onsager （2 ）非线性非平衡态热力学 (1903-1976) 普里果金（Prigogine），1977年诺贝尔化学奖 Llya Prigogine (1917-2003) 3 现代热力学 • 工程热力学 • 有限时间热力学 • …… 三. 统计物理理论的发展 起源：气体分子动理论（Kinetic Theory of Gases ） 第一个气体分子动理论模型的提出：1738年，由瑞士物理学 家柏努利（Daniel Bernoulli ）提出。 统计物理系统理论的建立：奥地利物理学家玻尔兹曼 （Ludwig Bottzmann ，1844~1906 ）、美国科学家吉布斯 （J. Willard Gibbs ，1839~1903）等人做了统计物理奠基性 的工作，发展了统计系综理论，从而真正开创了统计物理的 系统理论。 量子统计理论： 普朗克（Planck （1858~1947））爱因斯坦 （Einstein （1879~1955 ））、玻色、费米、狄拉克等将量子 力学理论与统计理论相结合，建立并完善了量子统计理论。 柏努利（Daniel 麦克斯韦（James 吉布斯(Josiah Willard Bernoulli ，1700- Clerk Maxwell