统计热力学课件第一章.pdf

热力学与统计物理学 2012-4-16 1 导言  热力学与统计物理学的对象和任务。 对象：由大量微观粒子组成的宏观物质系统。 任务：研究热运动规律及热运动有关的物质性 质与宏观物质系统的演化。  热力学与统计物理学的研究方法。 2012-4-16 2 • 热力学 热力学以宏观系统为研究对象，以三个热力学定 律和大量实验事实 （实验方法是量热学）为基础，采 用唯象的处理方法，讨论体系的宏观性质及变化规 律。研究内容不涉及组成该体系的粒子的微观结构与 运动形态。 归纳 演绎 实验现象  热力学基本定律 宏观物性 2012-4-16 3 唯象理论是实验现象更概括的总结 和提炼，但是无法用已有的科学理 论体系作出解释，所以钱学森说唯 象理论就是知其然不知其所以然。 唯象理论被称作前科学，因为它们 也能被实践所证实。杨振宁把物理 学分为实验、唯象理论和理论架构 三个路径，而理论架构是比唯象理 论更基础的，它可以用数学和已有 的科学体系进行解释。 象”是中国古代哲学的重要范畴，中国古代书画诗词强调意象，所以有“只可意会，不可言传”一说，唯象理论是说以 2012-4-16 4 “象”为第一性，借助于现象或者直接从现象中来的理论。中医可以说是一种唯象理论，它已经被几千年的生活实践 所证明，但是却无法从物理、化学等现代科学角度进行解释，钱学森还鼓励进行唯象理论的气功科学研究。 热力学方法的优点： 结论具有高度的可靠性和普遍性。因为热力学三 定律是人们从大量的观测、实验中总结出来的基本规 律，并为人们长期的生产实践所证实，非常可靠。而 且热力学三定律又不涉及物质的具体微观结构，它适 用于一切物质系统，非常普遍。 2012-4-16 5 热力学是一门最靠近真实的学科。 是完全建立在实验基础上的学科。 —— 爱因斯坦对热力学评价 2012-4-16 6 • 热力学 热力学认为，物质是连续的，所以它能应用微 分与积分的数学方法，利用连续的热力学函数，如热 力学能、焓、熵等描述系统的状态与状态变化。 2012-4-16 7 热力学方法的局限性： 结论与物质的具体结构无关，不能导出具体 物质的特性。不考虑物质的微观结构，用连续函数 表达物质性质，不能解释涨落现象等。 2012-4-16 8 根据现代量子理论，热力学物质是连续的假设是错 误的。但是，为什么由一个错误的假设得出的结果能够 在很大程度上与实验相符？这主要是由于热力学系统由 大量的微粒组成，大量微粒运动的统计平均结果与热力 学的结果一致。 2012-4-16 9 如何由粒子的微观性质，如（分子量、原子量、分子 形状