7章_统计物理初步new

《7章_统计物理初步new》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二篇热力学与统计物理初步¾热学是研究与热现象有关规律的科学。¾热现象是物质中大量分子无规则运动的集体热表现。¾大量分子的无规则运动称为热运动。学热力学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①17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唯象热力学和分子运动论②19世纪中叶~19世纪70年代末热功当量→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

2、学第二定律的形成热功当量+微粒说→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③19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，以及吉布斯在统计力学方面的基础工作④20世纪30年代起~现在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：1.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：可靠、普遍。缺点：未揭示微观本质。2.微观法.物质的微观结构+

3、统计方法------称为统计力学其初级理论称为气体分子运动论(气体动理论)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、不可或缺。第7章统计物理初步•统计物理学是研究物质热运动的微观理论。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，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，进而解释物质的宏观性质。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；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

4、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热力学系统平衡态系统与外界1.热力学系统（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。2.系统的外界（简称外界）能够与所研究的热力学系统发生相互作用的其它物体。§7.1•热力学平衡态一个系统在不受外界影响的条件下，如果它的宏观性质不再随时间变化，我们就说这个系统处于热力学平衡态。平衡态是系统宏观状态的一种特殊情况。实例：理想气体绝热自由膨胀。¾热动平衡:§7.1¾平衡态下，组成系统的微观粒子仍处于不

5、停的无规运动之中，只是它们的统计平均效果不随时间变化，因此热力学平衡态是一种动态平衡，称之为热动平衡¾状态参量——平衡态的描述¾确定平衡态的宏观性质的量称为状态参量。常用的状态参量有四类：几何参量（如：气体体积）力学参量（如：气体压强）化学参量（如：混合气体各化学组分的质量和摩尔数)电磁参量（如：电场和磁场强度，电极化和磁化强度等）§7.1¾宏宏微观量与微观量对热力学系统的两种描述方法：1.宏观量从整体上描述系统的状态量，一般可以直接测量。如N、M、V、E等----可以累加，称为广延量。p、ρ、T等-

6、---不可累加，称为强度量。2.微观量描述系统内微观粒子的物理量。如分子的质量m、直径d、速度v、动量p、能量ε等。微观量与宏观量有一定的内在联系。例如，气体的压强是大量分子撞击器壁的平均效果，它与大量分子对器壁的冲力的平均值有关。§7.2理想气体的微观模型、压强和温度的统计意义1.理想气体理想气体是严格遵守四条定律(玻意耳定律、盖-吕萨克定律、查理定律和阿伏伽德罗定律)的气体。实际气体只有在压强不太高、温度不太低时，才可近似看作理想气体。玻意耳-马略特定律PV=const(T不变)查理定律P/T=c

7、onst(V不变)盖吕萨克定律V/T=const(P不变)阿伏伽德罗定律P、T、V的气体N相同2.平衡态气体处于平衡态的标志是状态参量P、V、T各具有确定的量值，且不随时间变化。3.§7.2理想气体状态方程MpV=RT=vRTμ单位:SI压强p:Pa帕斯卡(帕斯卡)。1atm=76cmHg=1.013×105Pa体积V：m3;温度T：K(T=273+t)M:气体质量(k)kg);μ:摩尔质量(k)kg)。ν为摩尔数。普适气体恒量:R=8.31(J.mol-1.K-1)标准状态下1mol气体的体积是多少

8、？22.4L§7.2MpV=RT=vRTμMNmN23==,N=6.022×10AμNmNAAN阿伏加德罗常数A玻耳兹曼常量k=R/N=1.38×10-23(J.K-1)AR=8.31(J.mol-1.K-1)于是理想气体状态方程又可写为pV=NkT或p=nkT式中：n=N/V—分子的数密度。§7.2例题7-1一氧气瓶的体积是32l,其中氧气的压强是130atm,规定瓶内氧气的压强降到10atm时就得充气,以免混入其他气体而需洗瓶。有一玻璃室,每天需用1