大学物理热力学与统计物理

负温度状态

姓名：王军帅 学号：20105052010

化学化工学院 应用化学专业

指导老师：胡付欣 职称：教授

摘要：通过分析负温度概念的引入，从理论上证明负温的存在，并论证实验上负温度的实现，在进步分析了负温度系统特征的基础上，引入了种新的温度表示法，使之与人们的习惯致。

关键词：负温度;熵;能量;微观粒

Negative Temperature State

Abstract：The concept of negative temperature was introduced Its existence

was proved theoretically and its realization in experiment also discussed after analysis

of the negative temperature system characteristic，one kind of new temperature

express is used in order to consistent with the common express.

Key words: negative temperature; entropy; energy; microparticle

引言

温度是热学中非常重要的一个物理量，可以说任何热力学量都与温度有关.描述物体冷热程度的物理量—开尔文温度—一般都是大于零的，由热力学第三定律可知“绝对零度是不可能达到的”，也就是说自然界的低温极限是绝对零度，即-273.16℃.以OK作为坐标原点，通常意义上的温度一般就在原点的右半轴上，其范围就是零到值总为正。那么有没有负温度呢？左半轴是不是可以用负温度来对应呢？它表示的温度是不是更低呢？此时系统的热力学性质又将会怎么样呢？这些问题激起人们对温度的疑惑与兴趣.

《热力学与统计物理》

第一章热力学的基本概念和定律

热力学平衡态（简称平衡态）

一个系统在不受外界影响的条件下（或孤立系），如果它的宏观性质不随时间变化（各宏观量保持恒定），便称此系统处于热力学平衡态。

热平衡：

经验表明，如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡，则它们彼此间也一定处于热平衡。这个经验事实称为热平衡定律。

热力学第零定律：

温度是作为描写热接触的两物体处于热动平衡的物理量而定义的。经验表明，两个物体达到热平衡时具有相同的冷热程度—温度。所以，描述两个或多个相互间处于热平衡的热力学系统所具有的共同态函数。),(VpgT就是系统的温度。这样，我们便根据热平衡定律证明了，处在平衡状态下的系统态函数温度的存在。由于热平衡定律在热力学理论中的地位，人们把它称为热力学第零定律。

水的三相点(水、冰、水蒸气三相平衡共存的温度)：Tt＝273.16K

冰水混合物的温度：273.15K

几个与物态方程有关的物理量（熟记）

1、定压膨胀系数（书中叫作体胀系数）

pTVV1可正可负（1.3.2）

α给出在压强保持不变的条件下，温度升高1K所引起的物体体积的相对变化。

2、定容压力系数（书中叫作压强系数）

VTpp1（1.3.3）

β给出在体积保持不变的条件下，温度升高1K所引起的物体压强的相对变化。 3、等温压缩系数

TTpVV1TpV为负值（1.3.4）

T给出在温度保持不变的条件下，增加单位压强所引起的物体体积的相对变化。

4、四个数学关系式：

0),,(zyxf

1xyzyzzxxy循环关系

1zzyxxy互逆关系

zzzxwwyxy链式关系

热力学与统计物理学

(Thermodynamics and Statistical Physics) 2课程内容

第0章 导论

热力学

第一章 热力学的基本规律

第二章 均匀物质的热力学性质

*第三章 单元系的相变

第四章 多元系的复相平衡和化学平衡

*第五章 不可逆过程热力学简介

统计物理学

第六章 统计规律性与概率统计分布

第七章 近独立粒子系统的最概然分布

第八章 玻耳兹曼统计理论

第九章 费米统计和玻色统计理论

*第十章 系综理论

*第十一章 涨落理论

*第十二章 非平衡态统计理论初步

3教材与参考书

教 材：

1. 汪志诚，《热力学·统计物理》(第三版)，高等教育出版社，2003年（兰州大学）

参考书：

1. 汪志诚，《热力学·统计物理（第3版）学习辅导书》，高等教育出版社，2004年

2. 马本堃，《热力学与统计物理学》(第二版)，高等教育出版社，1995年（北京师范大学）

3. 钟云霄，《热力学与统计物理学》，科学出版社，1988年（北京大学）

4. 苏汝铿，《统计物理学》(第二版)，高等教育出版社，2004年（复旦大学）

5. 龚昌德，热力学与统计物理学，（南京大学）

6. 王诚泰，统计物理学，（清华大学）

7. [美]L.E.雷克，《统计物理现代教程(上)》，北京大学出版社，1983年

8. L. E. Reichl, A Modern Course in Statistical Physics (2nd Edition), 1998，University of Texas

9. R. K. Pathria, Statistical Mechanics (2nd Edition), 2003, University of Waterloo, Canada

10. 中国科技大学物理班，《美国物理试题与解答第五卷热力学与统计物理学》，中国科技大学出版社，1986

年

11. 李湘如、彭匡鼎，《热力学与统计物理学例题和习题(热力学分册)》，高等教育出版社，1988年

1 热力学•统计物理 （汪志诚）

概 念 部 分 汇 总 复 习

热力学部分

第一章 热力学的基本规律

1、热力学与统计物理学所研究的对象：由大量微观粒子组成的宏观物质系统

其中所要研究的系统可分为三类

孤立系：与其他物体既没有物质交换也没有能量交换的系统；

闭系：与外界有能量交换但没有物质交换的系统；

开系：与外界既有能量交换又有物质交换的系统。

2、热力学系统平衡状态的四种参量：几何参量、力学参量、化学参量和电磁参量。

3、一个物理性质均匀的热力学系统称为一个相；根据相的数量，可以分为单相系和复相系。

4、热平衡定律(热力学第零定律）：如果两个物体各自与第三个物体达到热平衡，它们彼此也处在热平衡.

5、符合玻意耳定律、阿氏定律和理想气体温标的气体称为理想气体。

6、范德瓦尔斯方程是考虑了气体分子之间的相互作用力（排斥力和吸引力）,对理想气体状态方程作了修正之后的实际气体的物态方程。

7、准静态过程：过程由无限靠近的平衡态组成，过程进行的每一步，系统都处于平衡态。

8、准静态过程外界对气体所作的功：，外界对气体所作的功是个过程量。

9、绝热过程：系统状态的变化完全是机械作用或电磁作用的结果而没有受到其他影响。绝热过程中内能U是一个态函数：ABUUW

10、热力学第一定律（即能量守恒定律）表述：任何形式的能量，既不能消灭也不能创造，只能从一种形式转换成另一种形式，在转换过程中能量的总量保持恒定；热力学表达式：QWUUAB；微分形式：WQUddd

11、态函数焓H：pVUH，等压过程：VpUH，与热力学第一定律的公式一比较即得：等压过程系统从外界吸收的热量等于态函数焓的增加量。

12、焦耳定律：气体的内能只是温度的函数，与体积无关，即)(TUU。

13．定压热容比：ppTHC；定容热容比：VVTUC 迈耶公式：nRCCVp