热力学与统计物理学1

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1、热力学与统计物理学主讲:范建中主要参考书及文献1、马本堃等，热力学与统计物理学，高等教育出版社，1980年9月第1版.2、汪志诚，热力学•统计物理学，高等教育出版社，2003年3月第3版.3、彭匡鼎、李湘如等，热力学与统计物理学例题和习题，高等教育出版社，1989年8月第1版4、缪胜清、王必和，热力学•统计物理学，安徽教育出版社，1986年7月第1版.5、李鸿寅等，热力学与统计物理学，河南大学出版社，1988年7月第1版.6、F.瑞夫著，周世勋等译，统计物理学，科学出版社，1979年9月第1版.7、Л.Д.朗道、E.M.粟弗席兹著，杨训恺译，统

2、计物理学，人民教育出版社，1964年7月第1版.8、W.顾莱纳、L.奈斯、H.斯托克著，热力学与统计物理学，北京大学出版社，2001年12月第1版.9、冯玉广等，热力学与统计物理学导论，中国科学技术出版社，1993年6月第1版.10、范建中等，热力学与统计物理学，科学技术文献出版社，2005年7月第1版绪论热力学是研究热现象的宏观理论，它不涉及物质的微观结构，而是从能量转化的观点出发，依据在大量实践中总结出来的几条基本宏观定律，运用严密的逻辑推理而形成的一整套完整的热现象理论。正如伟大的物理学家爱因斯坦所指出：“热力学使用的是分析方法，而不是综

3、合方法。形成它们的基础和出发点的元素，不是用假说构造出来的，而是在经验中发现的。它们是自然过程的普遍特征，即原理，这些原理给出了各个过程或者它们的理论表述所必须满足数学形式的判剧。热力学就是力图用分析方法从永动机不可能这一普遍经验得到的事实出发，推导出一些为各个事件都满足的必要条件。”统计物理学是研究热运动的微观理论，它从物质的微观结构出发，依据微观粒子所遵循的力学规律，再用概率统计的方法求出系统的宏观性质及其变化规律。诺贝尔奖获得者华裔物理学家李政道认为：“统计物理是理论物理中最完美的科目之一，因为它的基本假设是简单的，但它的应用却十分广泛。

4、物理学的研究目的是探求自然界的基本原理，这种基本原理是简单的，其数学表达形式也不一定复杂，但其研究的领域一定很广泛，统计物理就具备这一特点。”第一章热力学基本定律§1.1热力学基本概念一热力学系统与外界热力学的研究对象称为热力学系统，简称为系统。它是由大量微观粒子（可以是原子、分子或电子也可以是场这种特殊物质）组成的有限宏观客体。其特点是在时间和空间上具有宏观的尺度和包含极大数目的自由度。按照系统各部分的物理、化学等性质均匀与否，可以把系统分为均匀系统和非均匀系统两类。所有与系统有相互联系的周围物体或物体组称为系统的外界，简称为外界。外界可以概

5、括为加在所研究系统上一定的外界条件（例如压强、温度和电磁场等），外界对系统的影响可以用外界条件表示。1、孤立系统：与外界不发生任何相互作用的系统称为孤立系统。此时系统和外界既无能量交换也无物质交换。2、封闭系统：与外界没有物质交换，但有能量交换的系统称为封闭系统。3、开放系统：与外界既没有物质交换，也没有能量交换的系统称为封闭系统，简称开系。热力学系统的状态是用表征系统的宏观物理性质的宏观参量来描述的。这种用宏观参量描述的状态称为热力学状态或宏观态，相应的宏观参量称为状态参量。热力学系统的宏观状态是由一些独立的物理量完全确定的。可以用这些物理量

6、的连续函数来描述系统的状态，如简单系统的自由能F(T、V)，当系统的温度T和体积V确定时，系统的状态就完全确定了。状态参量可分为内参量和外参量，内参量表征系统内部的状态。如气体的温度、密度以及介质的极化强度等都是内参量；外参量表征系统外界的状态，或者说加在系统上的外界条件，如容器的体积和作用于系统的电、磁场强度等都是外参量。状态参量还可以按它与系统质量的关系划分为广延量和强度量两类。在同一状态中与系统的质量成正比的态参量称为广延量，如粒子数、体积、内能等；与系统的质量无关的态参量称为强度量，如温度、压强、密度等。二热力学系统的状态描述三平衡态与

7、非平衡态孤立系统达到的这个不再随时间变化的状态，称为热力学平衡态，简称平衡态。不符合以上条件的状态称为非平衡态。热力学平衡态具有以下特点：1、当系统处于平衡态时，虽然其宏观性质不再随时间发生变化，但组成系统的大量微观粒子仍然在不停地运动着，只是这些微观粒子运动的平均效果不变而已。所以热力学平衡态是一种动态平衡，常称为热动平衡。2、平衡态是一个理想化的概念，是在一定的条件下对实际情况的抽象和概括。例如，在较短的时间内，可以把状态变化极为缓慢的系统所处的状态看成平衡态。当系统处于非平衡态时，可以采用局域平衡的方法来近似处理，即把系统划分成许多较小的

8、部分，每一部分本身而言近似处于平衡态。3、在平衡态下，系统宏观量的数值仍会发生涨落。但是，对于宏观系统来说，在一般情况下涨落是极其微小的，可以忽略不计