热力学与统计物理学 ppt课件
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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。
第一章统计物理的基本概念(The Fundamental Concepts of Statistical Physics)§1.1统计物理简介(Simple Introduction of Statistical Physics)历史:源于气体分子运动论(Kinetic Theory of Gases)1738年:第一个气体分子运动论模型由瑞士物理学家柏努利(Daniel Bernoulli)提出。
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。
爱因斯坦(Einstein(1879~1955)), 普朗克(Planck (1858~1947))等发扬光大。
在20世纪(约1910年后)才被科学界广泛接受。
对这一事实确立起决定作用的是爱因斯坦的布朗运动的理论解释(1905年)和Jean Perrin (皮兰)的实验验证。
统计物理起源于气体分子运动论,分子运动论的主要思想有三点:(1)物质由大量原子、分子组成。
(2)原子、分子处于不断热运动中。
(3)原子、分子间有相互作用。
相互作用Æ有序热运动Æ无序这是一对矛盾。
热力学方法与统计物理方法的优缺点:热力学方法的优缺点:热力学以大量实验总结出来的几条定律为基础,应用严密的逻辑推理和严格的数学运算来研究宏观物体的热学性质以及和热现象有关的一切规律。
所以热力学的结果较普遍、可靠,但不能求特殊性质。
统计物理方法的优缺点: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的热学性质以及和热现象有关的一切规律。
所以统计物理方法可求特殊性质,但其可靠性依赖于结构的假设,计算较麻烦。
此二者体现了归纳与演译的不同应用,可互相补充。