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1、热是人类最早发现的一种自然力，是地球上一切生命的源泉。—恩格斯1热学的基本内容一个系统两个方面两种途径两种方法若干规律热系统（气体系统）系统的状态系统的过程宏观微观热力学方法统计力学方法宏观微观热力学方法统计力学方法热学是研究物质热现象规律的学科2第20章 统计物理学基础宏观物体是由大量不停地运动的分子组成。用牛顿力学求解每个质点的运动，实际上不可能。热现象：与宏观物体的冷热状态相联系的自然现象研究热现象的性质和规律—热学实验模型普遍性和可信性1.热力学宏观理论热力学三大定律2.统计物理微观理论统计方法逻辑推理统计规律揭示热现象微观本
2、质知其然而不知其所以然3物质的微观模型1.宏观物体由大量微粒—分子(原子)组成的2.物质的分子在永不停息地做无序热运动3.物质的分子存在相互作用力扩散布朗运动合力斥力引力O20.1统计规律与概率理论4统计方法的一般概念20.1.1.伽尔顿板实验:---大量偶然事件整体所遵从的规律.伽尔顿板实验:单个粒子运动----偶然事件(落入哪个槽)大量粒子运动-----统
3、计规律(粒子在槽中的分布)气体系统的特点：大量，杂乱无章（布朗运动），无法建立动力学方程实验发现，大量分子运动符合统计规律伽尔顿板视频5统计规律特点:(2)是与单个粒子遵循的动力学规律有本质区别的新规律.(3)与系统所处宏观条件有关.(4)存在起伏(涨落)(1)对大量偶然事件有效,对少量事件不适用。单个粒子遵循牛顿定律;大量粒子遵从统计规律--牛顿运动定律无法说明620.1.2概率（几率）的基本性质一、概率的概念1.随机现象现象发展演化的结果不能事先预言，结局不是唯一的，这样的现象称为随机现象。2.随机事件随机现象可以出现多种不同的结
4、果，这些结果中的每一个称为一个随机事件。3.统计规律性在一定条件下，就大量随机事件的整体而言，具有较稳定的特性，存在着必然的、确定的规律，这就是统计规律性。统计规律性包容着单个随机事件的偶然性，统计规律必然伴随有涨落现象。7实验总观测次数为N,其中出现结果A的次数为NA事件A出现的概率概率是用来衡量偶然事件出现可能性大小的量8概率的基本性质(1)W=0为不可能事件;W=1为必然事件.(2)A,B为互斥事件,不可能同时出现,则出现A或B的总概率:---概率叠加原理（3）归一化条件:对所有可能发生的事件的概率之和必为1.或(4)J,K为相
5、容事件(可同时出现），则同时发生J和K的概率.----概率乘法定理920.1.3统计平均系统的宏观量是在测量时间内,系统所有微观状态中相应的微观量的统计平均值!统计平均值对物理量M进行N次测量，其统计平均值为所以10热学的研究对象：大量微观粒子组成的宏观体系热力学系统或简称系统宏观量:如:气体的V,P,T...描述系统整体特征的物理量.微观量:如:粒子的系统中描述单个粒子特征的物理量.宏观状态参量阿伏伽德罗常数NA=6.023×1023/mol20.2.1微观量与宏观量20.2温度与压强宏观量是微观量的统计平均值广延量：有累加性(如质
6、量、体积)强度量：无累加性(如温度、压强)11平衡态：在不受外界影响的条件下，一个系统的宏观性质不随时间改变的状态。动态平衡20.2.2平衡态与非平衡态真空膨胀1）单一性;2）稳定性；3）自发过程的终点；4）热动平衡.平衡态的特点系统处于平衡态时,系统的宏观量具有稳定值,而单个粒子的微观量在不断变化.12平衡态是概率最大的状态abcd4个可分辨热运动粒子，在等容体A,B两室中：（中间隔板打开）ABABabcdabcdabdcacdbbcdaabcdacbdbcadabcdacbcbdadabcabdacdbcddcbaabcd1464
7、1(平衡态概率最大)斯特令公式1320.2.3理想气体压强思路:压强由大量气体分子不断碰撞容器壁而产生.压强为大量气体分子在单位时间内作用在器壁单位面积上的平均冲量.建立理想气体微观模型利用牛顿运动定律处理单个粒子的运动利用统计规律处理大量粒子的行为得到理想气体压强公式推导:理想气体微观模型.(1)气体分子看成质点(2)除碰撞外,忽略其它力(3)完全弹性碰撞14速度在的分子一次碰撞ds后的动量变化为dt时间内,凡是在底面积为ds,高为vixdt的斜柱体内,的分子都能与ds相碰.这些分子作用于ds冲量为推导理想气体压强公式用图viv'i
8、dsxv'ivivi=2vix而且速度在dt内各种速度分子对ds的总冲量为:vdsxvixdt15因而压强由于所以其中为分子的平均平动动能这些分子作用于ds冲量为dt内各种速度分子对ds的总冲量为:平衡状态下分子沿任何
