热力学与统计物理47页PPT
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热力学和统计物理的研究对象和任务宏观物质系统:由大量微观粒子组成的气、液、固体。
存在无规则运动——热运动。
运动:机械运动,如:质点的运动,刚体的平动和转动。
热运动:大量微观粒子的无规则运动(例如花粉的运动),有规律性,自身固有的。
为什么研究热运动?它决定了热现象(物性和物态),影响物质的各种宏观性质,如:力、热、电磁、凝聚态(固、液、气)、化学反应进行的方向和限度。
热力学和统计物理学的任务?研究热运动规律及其对宏观性质的影响。
热力学与统计物理的研究方法热力学和统计物理学的任务相同,但研究方法不同。
1.宏观唯象理论——热力学2.微观本质理论——统计物理宏观的观点 即观察一个固体,液体,气体的特性。
如:密度、温度、压力、弹性、传热等,不涉及物质的原子结构。
微观的观点 由物质的原子性质着手,来研究物质的宏观性质。
热力学的基本逻辑体系以可测宏观物理量描述系统状态;例如气体:压强p 、体积V 和温度T实验现象 热力学基本定律 宏观物性 其结论可靠且具有普适性;结合实验才能得到具体物性;物质看成连续体系,不能解释宏观物理量涨落。
例如:焦耳定律、玻意耳定律、阿伏伽德罗定律, 推理演绎为热力学基本定律:第一、第二、第三定律及推论。
再推理演绎为卡诺热机性质,热辐射理论,相变理论,化学反应理论亥姆霍兹方程,能态方程,焓态方程等。
统计物理基本逻辑体系从微观结构出发,深入热运动本质,认为宏观物性是大量微观粒子运动性质的集体表现; 微观粒子力学量 宏观物理量 热力学基本定律归结为一条基本统计原理,阐明其统计意义,可解释涨落现象; 借助微观模型,可近似导出具体物性。
例如:认为微观粒子遵从力学定律:牛顿定律或量子力学。
经典的 量子的应用统计原理:最概然统计法 或 系综统计法 微观运动 通过假设 宏观性质 如:分子与壁碰撞时动量的变化→气体压力概念。
分子运动动能→气体温度 典型应用实例:导出理想气体的物态方程PV=RT 理想气体分子速度分布律 普朗克热辐射定律 大气压随高度的变化关系等@@@第一章 热力学的基本规律热力学 thermodynamics 平衡态热力学equilibrium thermodynamics 经典热力学classical thermodynamics §1.1 平衡态及其描述 重点掌握几个新概念 一 系统、外界和子系统热力学系统 由大量微观粒子组成的宏观物质系统 外界 与系统发生相互作用的其它物质 二 系统分类系统与环境关系一般很复杂,多种多样。
热力学﹒统计物理(Thermodynamics and statistical Physics)厦门大学物理系2007年2月参考书:1. 熊吟涛《热力学》2. M.W. Zemansky“Heat and Thermodynamics”3. 苏汝铿《统计物理学》4. F.Mandle“Statistical Physics”网上资源:/statisticalphysics/jpkc绪论(Preface)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:较普遍、可靠,但不能求特殊性质。
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。
统计物理: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。
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。
两者体现了归纳与演绎不同之处,可互为补充,取长补短。
二、热力学理论的发展(1)经典热力学1824年,卡诺(Carnot):卡诺定理1840’s,迈尔(Mayer)焦耳(Joule):第一定律:能量守恒定律1850’s克劳修斯(Clausius)1850年,开尔文(Kelvin)1851年:第二定律:熵增加原理能斯脱(Nernst):第三定律:不可能将物体的温度降到绝对零度。
经典热力学特点:a.不涉及时间与空间;b.以平衡态、准静态过程、可逆过程为模型。
因而:经典热力学→静热力学。
二、热力学理论的发展1930’s:(2)非平衡态热力学,分为a. 线性非平衡态热力学,翁萨格(Onsager)1968年,诺贝尔奖b. 非线性非平衡态热力学,普里果金(Prigogine)1977年,诺贝尔奖近年来:有限时间热力学工程热力学第一章热力学基本概念与基本定律(The Fundamental Concepts and Law of Thermodynamics)§1.1 平衡态、温度、物态方程(Equilibrium state, Temperature and Equation of State)一、平衡态:1.系统与外界:热力学系统(或简称体系或系统)是指一个宏观的系统,它一般由大量的微观粒子组成。