第7章 统计物理初步

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1、第2篇热力学与统计物理初步道尔顿葛正权焦耳爱因斯坦卡诺开尔文克劳修斯波义耳麦克斯韦波尔兹曼狄拉克费米昂尼斯玻色德拜吉布斯维恩普朗克篇　序研究热运动的规律及其对物质宏观性质的影响研究物质热运动与其它运动形态之间的转化规律一热学的研究对象二　研究方法1.统计物理研究方法从物质的微观结构出发，依据每个粒子所遵循的力学规律，用统计的方法研究宏观物体的热力学性质优点：深入热现象的本质对其作出理论解释，能够解释决定宏观物理量的微观决定因素，物理过程与物理意义清晰缺点：定量统计，需要理想近似物理模型，因而常带有近似色彩，与实验结果有一定误差2.热力学研究方法由观察和实验总结出热力学定律；

2、用严密的逻辑推理方法研究宏观物体的热力学性质优点：热力学根据热现象给出普遍、可靠的结果，可用来验证微观理论的正确性缺点：常带有经验或半经验性质，不能从本质上阐述热现象的深刻含义以及宏观测量对微观测量的依赖关系第7章统计物理初步一　热现象的微观实质——气体动理论的基本观念二　描述热学系统的微观、宏观参量与理想统计模型三　建立热力学统计理论四　热力学统计理论的初步应用§7.1气体动理论的基本观念§7.2平衡态、描述热力学系统的参量与理想统计模型§7.3平衡态下理想气体压强、温度的微观本质§7.4能均分定理§7.5麦克斯维速度与速率分布§7.6玻尔兹曼分布§7.1气体动理论的基本

3、观念一　气体动理论的基本观念1.物质是由大量分子组成的原子、分子线度数量级10-10m2.分子在不停地做无规则热运动分子、原子微粒无规则运动遵守经典力学或量子力学规律砷化镓表面砷原子的排列3.分子之间存在相互作用力(分子相互作用的四参数方程)为正参数数，因不同材料而不同分子之间的相互作用力和分子自身的无规则热运动是物质以某种物态存在的两个相互对立、相互制约因素课外阅读文献(1).SunJiuxun，YangHongchun.QuantumcorrectedcellmodelforananharmonicgeneralizedLennard-JonessolidJournal

4、ofphysicsandChemistryofsolids，2002.6(2).孙久勋严格可解四参数双原子分子势函数.物理学报Vol.48，No.11二　热现象的微观实质热现象是大量微观粒子力学运动的宏观表现形式通过对这些微观粒子力学运动的统计，可以描述热学系统的所有热现象——统计物理研究方法§7.2描述热力学系统的参量与理想统计模型一热力学系统、平衡态1.热力学系统(简称系统)在给定范围内，由大量微观粒子所组成的宏观客体热力学系统可以由各种物态或这些物态的混合态构成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3.平衡态在不受外界条件影响下，热力

5、学系统的所有可观察的宏观物理性质不随时间变化而变化的状态高温低温传热杆例：杆的热传导在稳定情形下，并不处于热平衡状态2.热力学系统的所有可观测物理量都不随时间变化而变化3.热力学系统处于平衡态时，系统内部一定不存在各种“流”4.热力学系统的平衡态是一种动态平衡又称热动平衡5.平衡态是一个理想模型，是实际热力学系统的理想近似讨论1.热力学系统必须不受外界条件影响。即不与外界有热量交换或不对外界作功。二　描述热力学系统的参量1.描述热力学系统的微观参量统计物理认为：热力学系统的宏观热学性质可以由对微观粒子力学运动加以统计得到，因此，热力学系统的微观参量就是指微观粒子的力学参量。

6、包括：速度参量动量参量能量参量质量参量2.描述热力学系统的宏观参量宏观参量：确定平衡态的宏观性质的参量几何参量如体积V力学参量如气体压强P化学参量如混合气体各化学组分的质量和摩尔数等电磁参量如电场、磁场强度等说明如果在所研究的问题中既不涉及电磁性质又无须考虑与化学成分有关的性质，系统中又不发生化学反应，则不必引入电磁参量和化学参量。此时只需体积和压强就可确定系统的平衡态，我们称这种系统为简单系统（或PV系统）3.温度参量与温标给定上述的一组热力学宏观状态参量，就唯一确定了一个宏观热力学平衡状态。温度参量不是一个必须的独立参量上述所有宏观热力学参量都不直接与热现象相关(1).

7、引入温度参量的原因(2).引入温度参量的实验依据——热力学第零定律A.实验定律——热力学第零定律如果热力学系统A、B与C同时处于平衡态，那么，A与B也处于平衡态CABA导热壁B导热壁B.热力学第零定律与温度参量的引入热力学第零定律表明一个系统处于某一平衡态，是由系统内部机制决定的一种内禀属性；即，一个平衡态对应系统的一个内禀属性两个或多个热力学系统处于同一平衡态，表示它们具有共同的内禀属性；这个内禀属性可以用一个数学参量加以描述，温度是描述系统平衡态内禀属性的热学参量温度参量的定量引入参：《热学》李椿　章立源钱尚武