华中科技大学热力学统计物理

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1、专业：电子科学与技术授课学时：16主讲教师：孙华军shj@mail.hust.edu.cn《ThermodynamicsandStatisticalPhysics》固体电子学基础热力学·统计物理教学用书《热力学与统计物理学》汪志诚高等教育出版社参考用书《热力学》王竹溪　　人民教育出版社《统计物理导论》王竹溪　　高等教育出版社本课程相关的基础内容概率论普通物理学中的热学分子运动论原子物理学量子力学本课程的主要内容第一部分热力学基础知识§1平衡与状态量1.系统、相及状态量2.平衡与温度—热力学第零定律3.功、化学势、热量§2热力学定律1.热力学第一定律2

2、.Carnot循环3.热力学第二定律4.自由能与Gibbs函数小结第二部分统计物理基础（近独立粒子系的平衡分布）§1粒子、系统的微观状态1.粒子运动状态的经典描述2.粒子运动状态的量子描述3.系统微观运动状态的描述§2近独立子系的平衡分布1.微观状态数2.等几率原理3.玻尔兹曼(Boltzmann)分布4.玻色（Bose）分布5.费米（Fermi）分布6.去简并条件§3玻尔兹曼分布下的热力学公式§4玻色分布与费米分布下的热力学公式1．玻色分布的热力学公式2．费米分布的热力学公式小结1．研究对象：有限范围（或给定范围内）由大量微观粒子组成的宏观物体及物

3、体系。固体、液体、气体等离子体、辐射场（特殊物质，一光子气体）2．任务：研究热运动的规律及热运动对物质宏观性质的影响。①热运动一、研究对象与任务②热运动对物质宏观性质的影响二、研究方法2统计物理3．相辅相成，互为补充，有机统一体，缺一不可。微观粒子观察和实验出发点热力学验证统计物理学，统计物理学揭示热力学本质二者关系无法自我验证不深刻缺点揭露本质普遍，可靠优点统计平均方法力学规律总结归纳逻辑推理方法微观量宏观量物理量热现象热现象研究对象微观理论（统计物理学）宏观理论（热力学）三、学习的意义热力学与统计物理学是一门基础科学。它是固体、液体、气体、等离子

4、体理论和激光理论的基础之一。她的概念和方法在原子核和基本粒子中也有许多应用，而且日益广泛地渗透到化学、生物学等学科中去。特别是近年来，出现许多鼓舞人心的进展。各态历经理论、非线性化学物理、随机理论、量子流体、临界现象、流体力学以及输运理论等方面的新成果，使这门学科发生了革命性的变化。可以预言，随着科学技术的迅速发展，热力学与统计物理学这门学科将更加生机勃勃。第一章热力学的基本规律热力学是研究热现象的宏观理论——根据实验总结出来的热力学定律，用严密的逻辑推理的方法，研究宏观物体的热力学性质。热力学不涉及物质的微观结构，它的主要理论基础是热力学的三条定律

5、。本章的主要内容是热力学第一定律和热力学第二定律。§1－1热力学系统的平衡态及其描述基本定义1、系统与外界热力学系统（简称系统）在热力学中，把所要研究的对象，即由大量微观粒子组成的物体或物体系称为热力学系统。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，称为外界。热力学系统的分类孤立系闭系开系能量交换无有有物质交换无无有热力学研究的对象是由大量微观粒子组成的宏观系统，它们与外界的相互作用表现为能量的交换和物质（粒子）的交换。由此分为三个系统：2、气体的物态参量把用来描述系统宏观状态的物理量称为状态参量。气体的宏观状态可以用V、

6、P、T描述体积V——几何参量压强p——力学参量温度T——热力学参量3、说明(1)气体的p、V、T是描述大量分子热运动集体特征的物理量，是宏观量，而气体分子的质量、速度等是描述个别分子运动的物理量，是微观量。(2)根据系统的性质，几何参量、力学参量、化学参量、电磁参量。p、V、T的单位1、气体的体积V气体的体积V是指气体分子无规则热运动所能到达的空间。对于密闭容器中的气体，容器的体积就是气体的体积。单位：m32、压强p压强P是大量分子与容器壁相碰撞而产生的，它等于容器壁上单位面积所受到的正压力。p=F/S单位：1Pa=1N.m-2标准大气压1atm=7

7、6cm.Hg=1.013×105Pa3、温度T温度的高低反映分子热运动激烈程度。(1)热力学温标T，单位：K(2)摄氏温标t，单位：0C00C——水的三相点温度1000C——水的沸腾点温度(3)华氏温标F，单位0F320F——水的三相点温度2120F——水的沸腾点温度关系：T=273.15+tF=9t/5+32平衡态一个系统与外界之间没有能量和物质的传递，系统的能量也没有转化为其它形式的能量，系统的组成及其质量均不随时间而变化，这样的状态叫做热力学平衡态。1、定义2、说明（1）平衡态是一个理想状态；（2）平衡态是一种动态平衡；（3）对于平衡态，可以用

8、pV图上的一个点来表示。pV如果两个系统分别与处于确定状态的第三个系统达到热平衡，则这两个系统彼此也将处于热