平衡态统计物理.ppt

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1、平衡态统计物理平衡态宏观物性的微观理论阐明热运动规律的统计意义平衡态——给定宏观条件下，系统微观状态数最大的宏观态系统自发地向微观状态数大的宏观态过渡。原因？非平衡态输运现象热传导——能量输运能量流密度导热系数温度电导——电荷输运电流密度电导率电势非平衡态统计物理目的：1．对系统自发趋向平衡态的不可逆性提供统计诠释，从微观层次更深刻地认识热运动规律；2．揭示非平衡态输运现象的微观机理，将输运系数与物质微观结构相联系。粘滞——动量输运为何流正比于力？如何理论上确定输运系数？扩散——物质输运质量流密度扩散系数密度动量流密度正比于宏观速度负梯度

2、第六章非平衡态统计初步宏观量是相应微观量的统计平均值。统计的关键——分布函数平衡态空间中单位体积元内的分子数无外场的均匀系统非平衡态随空间和时间变化分布函数的运动方程玻耳兹曼方程弛豫时间近似时刻内的相点数（分子数）§6.1玻耳兹曼方程的弛豫时间近似相点的运动，引起分布函数变化。空间相点运动速度1．外场作用下分子的“漂移”2．分子的“碰撞”单位质量外力漂移变化：大量相点的流动——相流相流密度流体连续性方程体密度流密度相点体密度坐标重力和电磁力满足相流连续性方程碰撞变化：分子频繁碰撞建立局域平衡。局域平衡分布函数弛豫时间近似弛豫时间——大

3、致度量建立局域平衡所需时间。局域平衡恢复速率正比于偏离。弛豫时间近似下的玻耳兹曼方程稳恒态漂移变化和碰撞变化抵消，分布稳定。§6.2气体的粘滞现象沿正向的动量（分量）流密度两侧分子具有不同的平均动量，穿过平面到达另一侧时，导致净的动量输运。负方气体通过单位面积对正方气体的作用力——粘滞力单位时间内，通过单位面积的速度为的分子位于一柱体内。由负方进入正方柱体体积由正方进入负方粘滞系数由负方向正方输运的动量流密度由正方向负方输运的动量流密度沿正向的净动量流密度宏观动量流的统计表达式由负方进入正方由正方进入负方单位时间内，通过单位面积的速度在范

4、围内的分子数均匀平衡态分布流速均匀的气体内部无粘滞力。局域平衡分布稳恒态小量情形小量小量粘滞系数在弛豫时间近似下的统计表达式由温度决定，与压强无关。单位时间内的分子平均碰撞次数两次连续碰撞的平均时间间隔初级输运理论结果平均自由程§6.3金属电导率欧姆定律电导率统计单位时间内通过单位截面的净平均电子数单位体积内动量为的一个量子态上的平均电子数单位时间内，通过单位面积的速度在范围内的电子数由负方进入正方由正方进入负方单位时间内通过单位截面的净平均电子数电流密度的统计表达式平衡态分布稳恒态弱电场电子定向运动速度的电子对电导有贡献。电子受离子振动

5、的散射高温