热力学与统计物理.ppt

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1、热学和统计物理基础第一章热学基本概念1.1平衡态和状态参量1.1.1系统和外界系统(system)研究热力学问题时所定义的研究对象外界(surroundings)除系统以外的所有客观存在系统边界(boundaries)孤立系(isolatedsystem)封闭系(closedsystem)开(放)系(统)(opensystem)绝热是相对的实际应用中与交换量有关例如当测量低吸收时采用真空下的温升测量1.1.2平衡态(equilibriumstate)⑴热力学系统的状态热力学状态：系统在某一时刻所呈现出来的热力学方面的宏观物理状况,T、p

2、、ρ⑵热力学平衡状态在不变的外界条件下，系统经过足够长时间后将达到一个宏观上不随时间变化的状态，如在此状态系统各处还无宏观的粒子流、电流和热量流，则这样的状态称为热力学平衡态⑶热力学平衡的内容热力学平衡包括：力学平衡：系统中各部分间不存在不平衡力的作用，相互间不会作功，从而不会引起系统内部的压力变化和密度变化热平衡：系统中各部分间不存在温度差别，因而系统内部不同部分间不会发生传热现象化学平衡：系统中各相间不存在化学势差，不会发生化学反应、相变、溶解、等现象，即不同相之间不发生质量转移“相”指的是物质内部性质均匀一致的聚集体（4）平衡≠稳

3、定“稳定”仅指事物不随时间变化，至于是在什么条件下达到的却没有限定“热力学平衡”的含义则不同——应当注意到它是限定在“没有外界作用”的条件下达到的平衡状态孤立系统经过很长时间后，达到一种状态，系统的性质不随时间变化，这种状态称为热力学平衡状态(5)平衡状态是进行热力学分析的基础热力学平衡是经典热力学理论中最基本、最重要的概念之一：仅当系统处于平衡态时，才能给予确切描述热力学基本理论实际上针对系统的平衡特性而给出相关结论经典热力学中所说的状态原则上是热力学平衡状态；热力学过程是由一系列平衡状态构成的过程平衡外界作用平衡打破不平衡弛豫时间（

4、Relaxationtime）新平衡(6)热力学平衡的自发性和必然性只要系统内存在势差，又不给予约束，系统的状态就会自发地朝着消除不平衡势的方向变化，一切系统都自发趋向平衡状态（热力学第二定律）系统状态变化的必然历程：1.1.3状态参量⑴状态参数的数学性质状态参数状态参数对所描述的状态具有单值性状态参数只与系统当前的状态有关，对应于系统特定的状态，状态参数应有确定的、唯一的值状态参数只对平衡状态才有定义描述热力系状态的物理量⑵状态参数是系统对应的某种微观特性的统计平均结果⑶状态参数在数学上的组合也是状态参数例如，热力学温度只不过是气体分

5、子运动强度在宏观上的反映例如状态参数焓的定义式为h=u+Pv，式中u、P、v均为状态参数，h是它们数学上的一种的组合，因此也是系统的一个状态参数⑷独立状态参数为了确定系统的状态实际上只需给定少数几个状态参数。用于给定系统状态的参数为独立状态参数，其余的则是非独立参数通常的气体系统（属于简单可压缩系统），只有2个独立状态参数⑸强度参数和广延参数强度参数是一种与系统规模无关的参数。这种参数对于整个系统或系统的一个部分（子系统）都是一样的，不具可加性，如温度T、压力P广延参数是一种与系统规模有关的参数。具有可加性，对于整个系统，该参数等于各个

6、子系统的同名参数之和。象系统的质量m、容积V、系统的（总）热力学能（内能）U、（总）焓H、（总）熵S等都属于广延参数热力学第零定律系统A和系统B分别与C热平衡，则系统A和B也处于热平衡,这个结论称为热力学第零定律或热平衡定律热平衡具有的传递性所有处于热平衡的系统有一个共同的物理性质,用温度描述这个性质第二章近独立粒子系平衡态统计分布2.1概率和统计基本概念概率、统计平均值、统计规律、涨落等基本概念何谓近独立粒子系?2.1.1概率和概率密度--掷骰子在一定条件下，如果某一事件可能发生也可能不发生，则称这事件为偶然事件或随机事件。假设重复进

7、行N次试验或观察，事件A发生了NA次，当N很大时比值NA/N总在一个定值PA附近摆动，则称PA为事件A发生的概率，并有1/6为掷得六点的概率概率叠加定理或概率相加法则P1+2=P1+P2事件A1发生的概率为P1，事件A2发生的概率为P2，A1和A2互不相容(A1和A2两个事件不可能同时发生)归一化条件事件A1、A2、…、An之一一定发生，且A1、A2、…、An互斥概率相乘法则事件A1发生的概率为P1，事件A2发生的概率为P2，而A1和A2相互独立(事件A1的发生与否同事件A2是否发生无关)，则事件A1和A2都发生的概率为n个独立事件伽耳

8、顿板铁钉等宽的狭槽投入小球覆盖玻璃在小球数目较少的情况下，每次所得的分布曲线彼此有显著差别，但当小球数目较多时，每次所得到的分布曲线彼此近似地重合直方图(histogram)第i个狭槽的宽度为Δxi，其中积