第五章最概然统计
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热⼒学与统计物理第五章知识总结§5.1 热⼒学量的统计表达式我们根据Bolzman分布推导热⼒学量的统计表达式⼀、配分函数粒⼦的总数为令(1)名为配分函数,则系统的总粒⼦数为(2)⼆、热⼒学量1、内能(是系统中粒⼦⽆规则运动的总能量的统计平均值)由(1)(2)得(3)此即内能的统计表达式2、⼴义⼒,⼴义功由理论⼒学知取⼴义坐标为y时,外界施于处于能级上的⼀个粒⼦的⼒为则外界对整个系统的⼴义作⽤⼒y为(4)此式即⼴义作⽤⼒的统计表达式。
⼀个特例是(5)在⽆穷⼩的准静态过程中,当外参量有dy的改变时,外界对系统所做的功为(6)对内能求全微分,可得(7)(7)式表明,内能的改变分为两项:第⼀项是粒⼦的分布不变时,由于能级的改变⽽引起的内能变化;地⼆项是粒⼦能级不变时,由于粒⼦分布发⽣变化⽽引起的内能变化。
在热⼒学中我们讲过,在⽆穷⼩过程中,系统在过程前后内能的变化dU等于在过程中外界对系统所作的功及系统从外界吸收的热量之和:(8)与(6)(7)式相⽐可知,第⼀项代表在准静态过程中外界对系统所作的功,第⼆项代表在准静态过程中系统从外界吸收的热量。
这就是说,在准静态过程中,系统从外界吸收的热量等于粒⼦在其能级上重新分布所增加的内能。
热量是在热现象中所特有的宏观量,它与内能U和⼴义⼒Y不同。
3、熵1)熵的统计表达式由熵的定义和热⼒学第⼆定律可知(9)由和可得⽤乘上式,得由于引进的配分函数是,的函数。
是y的函数,所以Z是,y的函数。
LnZ的全微分为:因此得(10)从上式可看出:也是的积分因⼦,既然与都是的积分因⼦,我们可令(11)根据微分⽅程关于积分因⼦的理论,当微分式有⼀个积分因⼦时,它就有⽆穷多个积分因⼦,任意两个积分因⼦之⽐是S的函数(dS是⽤积分因⼦乘微分式后所得的全微分)⽐较(9)、(10)式我们有积分后得(12)我们把积分常数选为零,此即熵的统计表达式。
2)熵函数的统计意义由配分函数的定义及得由玻⽿兹曼分布得所以(13)此式称为Boltzman关系,表明某宏观状态的熵等于玻⽿兹曼k乘以相应的微观状态数的对数。