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李志兵 物理科学与工程技术学院 能量和熵 1. 统计物理学简述 2.? 能量守恒（热力学第一定律） 3. 熵增原理（热力学第二定律） 1. 统计物理发展简况 统计物理从建立到现在已经有一百多年。 学科不断发展：不仅应用领域不断扩大，小到原子核，大到宇宙；从物理学到其它自然科学(化学、生物、信息科学、金融学、管理学、社会科学)；而且，学科本身也有了许多重大的发展，包括概念、理论和方法。 1.1 经典统计简史 经典统计建立于19世纪下半叶，主要是Maxwell, Boltzmann 和 Gibbs 的贡献。 1.2 重要贡献代表人物 Maxwell, Boltzmann, Gibbs: 经典统计奠基者 Planck, Einstein, Fermi, Dirac, Pauli, Bose:量子统计概念 von Neumann, Landau, Kramers, Pauli: 量子统计理论 Onsager，杨振宁，李政道 van de Waals, Wilson, Kadanoff, Widom, Fisher Prigogine 世界名师： Pauli, Landau-Lifshitz, Fowler,王竹溪 2. 能量守恒 3. 熵增加原理 热力学中熵的定义 自由能 考虑系统经等温过程从A态变到B态。 4.1???? 基本假设 节能和减少污染同样重要也许减少污染更重要！ 稠密气体和液体（经典与量子） 严格可解模型 元激发的概念和方法 负绝对温度 线性响应理论 相变和临界现象 各态历经问题 稀薄原子气体的玻色－爱因斯坦凝聚（BEC） 介观体系中的统计问题 天体物理和宇宙学中的统计问题 混沌，分形, 渗流，…… 凝聚态物理中的统计问题（许多许多） 软凝聚物质（高分子，液晶……） 非平衡相变（远离平衡态） 交叉学科中的统计问题（经济学，社会学，…） 计算机模拟（Monte Carlo,分子动力学，…） ……………………………………… 例1：稀薄原子气体的玻色－爱因斯坦凝聚 1924年，Bose 对黑体辐射（光子气体）提出一种新的数态的方法，重新导出Planck 辐射公式。投稿被拒后，求助于Einstein.Einstein将该文译成德文，并加注“是一个重要的进展”。 1924－25，Einstein 将该方法推广到实物粒子，相继发表了两篇文章（注），即“单原子理想气体的量子理论”（一）（二），在文（二）中，理论上预言了“condensation”,后来被称为Bose-Einstein Condensation(BEC).其实，预言“condensation” 与 Bose 无关，应该称为 “Einstein Condensation” 更合适。 1938年，F.London 提出液氦的超流与金属的 超导转变可以近似理解为BEC，此后逐渐被接受。 1940s－1960s, Bogoliubov, Penrose, Schafroth, Lee Yang 等人研究了弱相互作用Bose 气 体的BEC。 1976,MIT,Netherland, Canada等几个研究组开始探索 用自旋极化原子氢实现BEC的可能。其间，发展了Laser cooling 等方法。1998年实现BEC。 1980s,开始探索用碱金属原子气体的道路。 1995年，Colorado 大学的 Cornell 和 Wieman 首先 在铯原子气体中实现了BEC。同年稍后，MIT 的 Ketteler 在钠原子气体中观察到BEC. 他们三人共同获得2001年Nobel物理学奖。 例2．介观体系中的统计问题 介观体系的大小介于宏观与微观之间，其基本特征是：粒子保持位相相干（位相记忆）的特征长度大于体系的尺度。因而量子相干效应对其输运及其它性质有重要影响。位相相干长度依赖于温度等因素，对于低温下的高品质的半导体，介观体系的尺度可以从几十纳米到几微米。 由于微加工技术的发展，各种人造介观体系成功实现，使介观物理的研究成为一个十分活跃的研究领域。它不仅能为新一代的介观或纳米器件提供物理基础，而且具有重要的基础研究意义。 碳纳米管场致电子发射 * 大学文科物理第四章 能量与熵 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 A