章_统计物理初步.pdf

第二篇第二篇 热力学与统计物理初步热力学与统计物理初步 热学是研究热学是研究与热现象有关规律与热现象有关规律的科学的科学。 热现象是物质中大量分子无规则运动的集体 热热 表现表现。 大量分子的无规则运动称为热运动。 学学 热力学热力学是热学的宏观理论是热学的宏观理论 统计物理学是从微观方面研究热学的理论 热学的发展史实际上就是热力学和统计物理学的发展史 整个热学的发展分为四个时期： 主要是积累大量的实验和观察事实、讨论 ① 17世纪末~19世纪中叶 包括19世纪前半叶的热机原理和热功当量原理 ②② 19世纪中叶世纪中叶~19世纪世纪70年代末年代末 唯象热力学和分子运动论 热功当量→奠定了热力学第一定律的基础 热功当量+卡诺理论→导致了热力学第二定律的形成 热功当量热功当量++微粒说微粒说 →→导致了分子运动论的建立导致了分子运动论的建立 在这一时期，唯象热力学和分子运动论的发展还是彼此隔绝的 ③ 19世纪70年代末~20世纪初 唯象热力学与分子运动论相结合， 导致了统计热力学的产生 包括玻尔兹曼的经典工作包括玻尔兹曼的经典工作， 以及吉布斯在统计力学方面的基础工作 ④④ 2020世纪世纪3030年代起年代起~~现在现在 出现了量子统计物理学和非平衡态理论出现了量子统计物理学和非平衡态理论， 形成了现代物理学最重要的一个部门。 热学的研究方法热学的研究方法： 1.宏观法宏观法. 最基本的实验规律→逻辑推理(运用数学) 称为热力学。 优点优点：可靠可靠、普遍普遍。 缺点缺点：未揭示微观本质未揭示微观本质。 2.2.微观法微观法.. 物质的微观结构 + 统计方法 称为统计力学 其初其初级理论称为气体论称为气体分子运动论论(气体气体动理论论) 优点：揭示了热现象的微观本质。 缺点：可靠性、普遍性差。 宏观法与微观法相辅相成宏观法与微观法相辅相成、不可或缺不可或缺。 第第77章章 统计物理初步统计物理初步 •• 统计物理学是研究物质热运动的微观理论统计物理学是研究物质热运动的微观理论。从从 物质由大量微观粒子组成这一基本事实出发， 运用统计方法运用统计方法，把物质的宏观性质作为大量微把物质的宏观性质作为大量微 观粒子热运动的统计平均结果，找出宏观量与 微观量的关系微观量的关系，进而解释物质的宏观性质进而解释物质的宏观性质。在在 对物质微观模型进行简化假设后，应用统计物 理可求出具体物质的特性理可求出具体物质的特性；还可应用到比热力还可应用到比热力 学更为广阔的领域，如解释涨落现象。 • 本章将介绍统计物理学的基本概念以及气体分 子运动论的基本内容。 §7-1 热力学系统§7-1 热力学系统 平衡态平衡态 系统与外界系统与外界系统与外界系统与外界 1111..热力学系统热力学系统热力学系统热力学系统 （（（（简称系统简称系统简称系统简称系统）））） 例：若汽缸内气体为系统，其它为外界 在给定范围内，由大量微观粒子所组成的宏观体。在给定范围内，由大量微观粒子所组成的宏观体。