热力学讲稿2015春
大学物理课件：热力学基础2015simp
W
0
CV ,mT RT ln V2
V1 pV
Q
CV ,mT 0
RT ln V2
V1
C p,m T
理想气体热容量
单原子气体
自由 i
度
CV ,m
i 2
R
Cp,m CV ,m R
Cp / CV
i 3
CV
,m
3 2
R
C p,m
5 2
R
5
3
双原子气体（刚性）
i 5
CV ,m
5 2
R
C p,m
7 2
2-3等体过程 W 0
E
CVm
T3
T2
CVm
V2
P3
R
P2
5.06
102
J
Q E 5.06102 J
3-4 绝热过程
W E CVmT4 T3
由物态方程计算 T3,T4
T4
T1
P1V1 0.1R
1.22102
K
T3
P3V3 0.1R
4.88102
K
W E 7.6102 J
3-4 绝热过程
所以 Q E W E12 W12 0 Q 0（吸热！）
三、热力学过程：多方过程
pV n Const. 多方指数n
p
SV
T
p
A
等容V n= 绝热S n= 等温T n=1 等压p n=0
o
V
0、等值过程中E,W和 Q 的计算
E
等体 过程
CV ,mT
绝热 过程
CV ,mT
等温 过程
0
等压 过程 CV ,mT
3、从统计的意义来解释： 不可逆过程实质上是一个————
能量系统的热力学分析讲稿
第一章绪论一、能源科学和基础热力学能源是用来产生机械能、热能、光能、电磁能、化学能等各种所需能量的自然资源，是人类文明和社会发展的物质基础。
当今世界能源问题更是渗透到社会生活的各个层面，直接关系到国家安全、经济发展及人们物质文化生活水平的提高。
但是，社会的进步快速地消耗着地球上有限的煤、石油、天然气等一次能源，能源供应危机对国民经济发展的制约将越来越大。
为此，各国在积极开发可再生能源的同时，无不努力探索和广泛采取节能新技术，以提高能量利用率，控制有效能耗散及减轻对环境的污染。
然而，节能不仅仅是技术和工程问题，更有赖于基础科学理论的发展。
能源的极端重要性，促使人们致力于对能源进行广泛的探索与研究，并取得了丰富的实践经验和理论知识，从而形成了一门重要的技术科学—能源科学。
1．能源科学的内容（1）如何合理地开发各种能源，如以煤、石油、天然气为主的常规能源，以及核能、太阳能和生物能等新能源；（2）如何科学地利用各种能源，以充分发挥能量的效用。
2．能源利用方式对能源的利用，通常总是通过各种方式，使其变为某种便于实际应用的能量形式。
例如：太阳辐射能→集热器→（介质）热能；水力位能→水轮机→发电机→电能→机械能核燃料→反应堆→热能（水蒸气）→汽轮机→发电机→电能从上述几种能量转换途径中不难看出，能量最普遍的应用形态是机械能、热能和电能。
其中热能与其它形式能量相比，是最易取得而又便于应用的一种能量。
同时，绝大部分能源在其转换为机械能和电能的过程中，也常以热能的形式出现。
因此，在人们广泛利用的各种形式的能量中，热能的利用具有更普遍的意义。
3．热力学的研究范围热力学研究与热现象有关的能量转换规律及物质的热性质，它诞生于19世纪上半叶，是继理论力学和弹性力学之后，与电磁学一起，应用和发展牛顿力学的一门重要学科。
热力学具有广阔的研究范围，可以说凡是涉及热现象的任何能量转换过程都是热力学的研究对象。
运用热力学的基本理论研究某种领域或范围内的能量转换热现象，就构成了具有不同研究方向的热力学。
热力学第二定律讲稿
– 由功变热过程的不可逆性推断热传导过程的不 可逆性.(见图1 .(见图 可逆性.(见图1)
T1
Q2
Q1
T1
Q1-Q2 A WA
Q2
T2
Q2
T22 Q
图1
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假定:热传导是可逆的. 假定:热传导是可逆的. 之间设计一卡诺热机, 在T1和T2之间设计一卡诺热机,并使它在一次 循环中从高温热源T1 吸热Q1,对外作功|A|,向 循环中从高温热源 吸热 ,对外作功 , 低温热源T 放热Q ) 然后, 低温热源 2 放热 2(Q1- Q2= |A|).然后,Q2 恢复原状. 可以自动地传给 T1 而使低温热源 T2 恢复原状. 总的结果是,来自高温热源的热量Q 总的结果是,来自高温热源的热量 1 - Q2全部 转变成为对外所作的功|A|,而未引起其它变化. 转变成为对外所作的功 ,而未引起其它变化. 这就是说功变热的过程是可逆的.显然, 这就是说功变热的过程是可逆的.显然,此结 论与功变热是不可逆的事实和观点相违背. 论与功变热是不可逆的事实和观点相违背.因 热传导是可逆的假设并不成立. 此,热传导是可逆的假设并不成立.
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还可由热传导过程的不可逆性推断功变热过程 的不可逆性(可自行证明). ).实际上与第一例 的不可逆性(可自行证明).实际上与第一例 结合就证明了第二定律的两种表述是等效的. 结合就证明了第二定律的两种表述是等效的. 类似的例子不胜枚举, 类似的例子不胜枚举,都说明自然界中各种不 可逆过程是相互关联的,都可以作为第二定律 可逆过程是相互关联的, 的一种表述.但不管具体方式如何, 的一种表述.但不管具体方式如何,第二定律 的实质在于指出, 的实质在于指出,一切与热现象有关的实际宏 观过程都是不可逆的. 观过程都是不可逆的.第二定律揭示的这一客 观规律, 观规律,向人们指示出实际宏观过程进行的条 件和方向. 件和方向.
热力学第二定律讲稿
6-1 可逆过程和不可逆过程 广义定义:假设所考虑的系统由一个状态出发
经过某一过程达到另一状态，如果存在另一个 过程，它能使系统和外界完全复原（即系统回 到原来状态，同时消除了原过程对外界引起的 一切影响）则原来的过程称为可逆过程；反之， 如果用任何曲折复杂的方法都不能使系统和外 界完全复员，则称为不可逆过程。 借外界条件的无穷小变化而反向进行，则称此 过程为可逆过程。
A WA
Q2
T2
Q2
T Q 22
图1
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假定：热传导是可逆的。
在T1和T2之间设计一卡诺热机，并使它在一次 循环中从高温热源T1 吸热Q1，对外作功|A|，向 低温热源T2 放热Q2（Q1- Q2= |A|）。然后，Q2 可以自动地传给 T1 而使低温热源 T2 恢复原状。 总的结果是，来自高温热源的热量Q1 - Q2全部 转变成为对外所作的功|A|，而未引起其它变化。 这就是说功变热的过程是可逆的。显然，此结 论与功变热是不可逆的事实和观点相违背。因 此，热传导是可逆的假设并不成立。
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Q1──热机从T1吸热 A ──热机输出功 Q2──热机从T2吸热 Q1+Q2──致冷机向T1放热
Q1 Q1+ Q2
Q2
Q2
Q2
违背开尔文表述一定违背克劳修斯表述
结论：
证明了第二定律的两种表述是等效的。
– 由功变热过程的不可逆性推断理想气体自由膨
胀的不可逆性。（图二）
假设：理想气体绝热自由膨胀是可逆的，即气
自然界中各种不可逆过程都是相互关联的。也 就是说一种宏观过程的不可逆性保证了另一种 过程的不可逆性；反之，若一种实际过程的不 可逆性消失了，其它实际过程的不可逆性也随 之消失。
第二章 热力学第二定律讲课讲稿
第二章 热力学第二定律练习参考答案1. 1L 理想气体在3000K 时压力为1519.9 kPa ，经等温膨胀最后体积变到10 dm 3，计算该过程的W max 、ΔH 、ΔU 及ΔS 。
解: 理想气体等温过程。
ΔU =ΔH =0W max =⎰21V V p d V =⎰21V V VnRTd V =nRT ln(V 2/ V 1)=p 1V 1 ln(V 2/ V 1) = 1519.9×103×1×10-3×ln(10×10-3/ 1×10-3) =3499.7 (J ) =3.5 (k J ) 等温时的公式 ΔS =⎰21V V p d V / T =nR ln(V 2/ V 1) =W max /T=3.5×103/ 3000 =1.17 (J •K -1)2. 1mol H 2在27℃从体积为1 dm 3向真空膨胀至体积为10 dm 3，求体系的熵变。
若使该H 2在27℃从1 dm 3经恒温可逆膨胀至10 dm 3，其熵变又是多少？由此得到怎样结论？解: 等温过程。
向真空膨胀:ΔS =⎰21V V p d V / T =nR ln(V 2/ V 1)(等温） =1×8.314×ln(10/ 1) = 19.14 (J •K -1)可逆膨胀: ΔS =⎰21V V p d V / T =nR ln(V 2/ V 1)=1×8.314×ln(10/ 1) = 19.14 (J •K -1)状态函数变化只与始、终态有关。
3. 0.5 dm 3 70℃水与0.1 dm 3 30℃水混合，求熵变。
解: 定p 、变T 过程。
设终态体系温度为t ℃，体系与环境间没有热传导；并设水的密度(1 g •cm -3)在此温度范围不变。
查附录1可得C p,m (H 2O, l ) = 75.48 J •K -1•mol -1。
工程热力学讲稿
工程热力学讲稿一、基本知识点基本要求理解和掌握工程热力学的研究对象、主要研究内容和研究方法〃理解热能利用的两种主要方式及其特点〃了解常用的热能动力转换装置的工作过程1．什么是工程热力学从工程技术观点出发，研究物质的热力学性质，热能转换为机械能的规律和方法，以及有效、合理地利用热能的途径。
电能一一机械能锅炉一一烟气一一水一一水蒸气一一(直接利用) 供热锅炉一一烟气一一水一一水蒸气一一汽轮机一一 (间接利用)发电冰箱一一-(耗能) 制冷2．能源的地位与作用及我国能源面临的主要问题3. 热能及其利用（1）.热能：能量的一种形式（2）.来源：一次能源：以自然形式存在，可利用的能源。
如风能,水力能,太阳能、地热能、化学能和核能等。
二次能源：由一次能源转换而来的能源，如机械能、机械能等。
（3）.利用形式：直接利用：将热能利用来直接加热物体。
如烘干、采暖、熔炼(能源消耗比例大)间接利用：各种热能动力装置，将热能转换成机械能或者再转换成电能，4．.热能动力转换装置的工作过程5．热能利用的方向性及能量的两种属性过程的方向性：如：由高温传向低温能量属性：数量属性、,质量属性 (即做功能力)注意：数量守衡、质量不守衡提高热能利用率：能源消耗量与国民生产总值成正比。
6．本课程的研究对象及主要内容研究对象：与热现象有关的能量利用与转换规律的科学。
研究内容：（1）．研究能量转换的客观规律，即热力学第一与第二定律。
（2）．研究工质的基本热力性质。
（3）．研究各种热工设备中的工作过程。
（4）．研究与热工设备工作过程直接有关的一些化学和物理化学问题。
7．.热力学的研究方法与主要特点（1）宏观方法：唯现象、总结规律，称经典热力学。
优点：简单、明确、可靠、普遍。
缺点：不能解决热现象的本质。
（2）微观方法：从物质的微观结构与微观运动出发，统计的方法总结规律,称统计热力学。
优点：可解决热现象的本质。
缺点：复杂，不直观。
主要特点：三多一广，内容多、概念多、公式多。
热力学基础 专题讲座
热力学是热学理论的一个方面。 热力学主要是从能量转化的观点来研究物质的热 性质，它揭示了能量从一种形式转换为另一种形 式时遵从的宏观规律。 热力学是总结物质的宏观现象而得到的热学理论， 不涉及物质的微观结构和微观粒子的相互作用。 因此它是一种唯象的宏观理论，具有高度的可靠 性和普遍性。 热力学三定律是热力学的基本理论。
热力学第零定律
两个热力学系统均与第三个系统处于热平衡状态， 此两个系统也必互相处于热平衡。 热力学第零定律的重要性在于它给出了温度的定 义和温度的测量方法。 定律中所说的热力学系统是指由大量分子、原子 组成的物体或物体系。它为建立温度概念提供了 实验基础。这个定律反映出：处在同一热平衡状 态的所有的热力学系统都具有一个共同的宏观特 征，这一特征是由这些互为热平衡系统的状态所 决定的一个数值相等的状态函数，这个状态函数 被定义为温度。而温度相等是热平衡之必要的条 件。
热量单位
热量的单位与功、能量的单位相同．在国 际单位制中热量的单位为焦耳(简称焦，缩 写为J)．历史上曾定义热量单位为卡路里 (简称卡，缩写为cal)，只作为能量的辅助单 位，1卡=4.184焦． 注意：1千卡=1000卡=1000卡路里=4184 焦耳=4.184千焦 1千卡是1000克水由15℃升高1度所需要的 热量
空气的比热容
空气的比热容没有确定值(即便在温度确定 时），通常使用定压比热容或定容比热容 来反映空气比热容的大小，这两者都与温 度有关（温差不太大大时可认为基本相 等）。 例如温度为250K时,空气的定压比热容 cp=1.003kJ/(kg*K). 空气密度ρ t=20℃: 1.293 kg/m^3
对于一定量物质构成的系统，通过做功、 热传递与外界交换能量，引起系统状态变 化，而导致内能改变，其间的关系由热力 学第一定律给出。 对于不存在宏观动能变化的系统， ΔU=W+Q，其中ΔU为内能的变化量，W为 外界对系统的做功量，Q为系统（从外界） 的吸热量。 该式称为热力学第一定律的常用表达式
热力学讲课内容
非常规热力循环内燃机的节能技术尊敬的郑老师及各位同学，大家上午好！我今天所讲的课题是非常规热力循环内燃机的节能技术。
1 首先，我们来分析一下当今世界及中国的能源形势！2011年底全球已探明储量为1万6 526亿桶(2627亿3m)，根据当年开采速度计算，全球能源的可开采年限为54.2年。
中国已探明石油储量仅占世界石油储量的0.9％，2011年中国石油消耗量为155万m3，而产量只有65万3m，对外依存度已经到了58％，因此，中国正在面临严峻的石油能源危机。
内燃机作为石油消耗的主要工业产品之一，发展内燃机节能技术已经到了迫在眉睫的阶段。
根据美国能源局(DepartmentofEnergy,DOE)的一项关于汽车先进内燃机技术的调查报告中所提出的目标，乘用车内燃机效率还可提高25％-40％，商用车内燃机效率至少可以提高20％，达到50％，由此可见，车用内燃机工作效率仍有很大提升空间。
从我的ppt中大家可以看出，我国乃至世界的能源形势不容乐观，因此提高内燃机的工作效率刻不容缓。
2 常规形式的内燃机节能技术只是对传统四冲程汽油机或柴油机进行优化，从1876年奥托(NicolausAugust Otto)发明了第一台往复活塞式四冲程内燃机至今，这种内燃机已经发展了一百多年，目前已经发展到了精雕细琢的阶段，再加上近年来越来越严格的排放法规导致一些高效节能技术难以应用，常规形式内燃机的工作效率已经很难有大幅度的提升。
前文提出燃机工作效率仍有很大提升空间，那么，在传统形式内燃机很难大幅度提升工作效率的情况下，很多研究人员希望通过创新内燃机工作方式的方法来让内燃机的工作效率有突破性增长，因此，出现了很多非常规形式的内燃机节能技术。
经过总结，非常规热力循环内燃机节能技术主要有两点共同特征：工质移缸(chargertransitbetweencylinders)和水蒸汽辅助(steam assistance)。
本文将结合典型内燃机实例分别介绍上述两类非常规热力循环内燃机节能技术。
热力学专题知识讲座
H U PV
Hi Ui PVi
H V T V
P T
T P
H i P
T
Vi
T
Vi T
P
其他见P66
14
用偏摩尔性质体现摩尔性质
对均相混合物能够导出关系式
M
N i
ni n
Mi
N i
xi M i
等同于定义式
Mi
M
对具有N个组分和M个相旳非均相混合物旳 相平衡准则
T 1 T 2 T M
P
1
P2
PM
i1 i2 iM i 1,2,, N
9
4.4 非均相平衡体系旳相律 Phase Rule
相律旳作用是给出平衡体系旳独立变量旳数目，即拟定体系所需 要旳强度性质旳数目。独立变量旳个数也称为自由度。
V2
Vt n2
T ,P,n1
Vt n2
T ,P,n1
1.78 0.1
17.8
( cm3 mol-1)
纯水旳摩尔体积为V1=18.1 cm3 mol-1，与偏摩尔体积之差是 18.117.3=0.3(cm3 mol-1) ，对于0.1mol旳水，体积差是0.03cm3；
验证:混合物旳热力学性质用偏摩尔性质表达更精确
未达相平衡状态时，各敞开体系之间进行着物质和能量旳互换；
当体系到达相平衡状态时，各敞开体系间旳物质和能量旳传递到
达动态平衡。如，相和N组分
dSt dSt dSt 0
dSt dSt
dVt dVt dVt 0
dVt dVt
dni dni dni 0 i 1,2,, N
0
热学 第二版 李椿 热力学第一定律讲稿
准静态过程
在热力学中经常讨论的理想气体自由膨胀 程是一个非准静态过程。“自由”指气体不受 阻 力冲向右边。如图： 理想气体自由膨胀 一个过程，如果任意时刻的中间态都无限 接近于一个平衡态，则此过程称为准静态过程。 显然，这种过程只有在进行的 “ 无限缓慢 ” 的 条件下才可能实现。对于实际过程则要求系统 状态发生变化的特征时间远远大于弛豫时间τ 才可近似看作准静态过程。
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（功是过程量）
特殊情况：
等容过程：A等容 =0 等压过程：A等压 = -P(V2-V1)
（不一定是准静态过程）
一般准静态过程中的微元功：
dA=
Yi .d yi
i
Yi 表示广义力，如：压强，表面张力，电场强度等。 y i 表示广义位移或广义坐标， 如：体积，面积，电极化强度等。
5—3 热力学第一定律
Δuba=Q2+A2 Q2 = Δuba -A2
外界对系统所作 的功
=-208-84=-292（焦耳） =-69.9（卡） 负值表示放热
p
c
b
a o
d v
（3）若Ud—Ua=40.0焦耳，试求沿ad及db各吸收热量多少？
分析：沿adb只有在ad段才有功。
故见（1）可给的功42.0焦耳就是ad段系统作的功。 沿ad吸热 正值是吸热。 沿db吸热为adb吸收的热量减去ad吸收的热量
2、准静态过程；
非准静态过程
显然过程的发生，系统往往由一个平衡状态到 平衡受到破坏，再达到一个新的平衡态。从平衡态 破坏到新平衡态建立所需的时间称为弛豫时间，用
τ表示。实际发生的过程往往进行的较快，（如前
例）在新的平衡态达到之前系统又继续了下一步变 化。这意味着系统在过程中经历了一系列非平衡态，
第10章-热力学基础3备课讲稿
结论：
1、自然宏观过程是不可逆的，而且都是按确定的方向进 行的。
2、说明自然宏观过程进行的方向的规律叫做热力学第二 定律
3、任何一个实际过程进行的方向的说明都可以作为热力 学第二定律的表述。
三、热力学第二定律
1. 定律的两种表述 (两种表述是等价的)
（1）克劳修斯表述 热量不可能自动地从低温物体传向高温物体C。lausius
自动地
功
热
热 唯一效果 功
2、热传导 两物体达热平衡过程，是热从高温物体
自动地
低温物体
结论：自然界里热传导过程具有方向性（是不可逆的）
3、气体的自由膨胀 显然气体的自由膨胀 过程具有方向性
真空
红墨水扩散 蒲公英生长
水自动地从 高处向低处流……
?
结论：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的
4、不可逆性的相互依存
（4） S 与内能 E 一样是客观存在的物理量， 但是S不能直接测量，只能计算。
对不可逆过程, 此积分是多少？ 可构造一循环．
SB SA BA dTQ
根据卡诺定理, 对不可逆循环过程有:
dQ T
0
不可逆过程 2
即 dTQ不可12逆dTQ可逆21dTQ01 可逆过程
不可12逆dTQ 可21逆dTQ 可1逆2 dTQ = S2 – S1
工程热力学-热力学第一定律讲稿
工程热力学-热力学第一定律讲稿正文第一篇：工程热力学-热力学第一定律讲稿热力学第一定律一、热力学第一定律的实质自然界的物质处于不断地变化中，转化中的守恒与守恒中的转化时自然界的基本法则之一。
人们从无数的实践经验中总结出：自然界一切物质都具有能量，能量既不能创造也不能消灭，各种不同形式的能量都可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从一种能量形式转变到另一种能量形式，但在转移过和转变程中，它们的总量保持不变。
这一规律称为能量守恒与转换定律。
而热力学第一定律就是能量守恒与转换定律在热现象中应用，它确定了热力工程中热力系与外界进行能量交换时，各种形态的能量在数量上的守恒关系。
在工程热力学中热力学第一定律可以表述为：热可以变为功，功也可以变为热，一定的热量消失时必产生相应的功，消耗一定量的功时必出现与之对应的一定量的热。
二、热力系统常用到的能量形式（一）、储存能1、内储存能／热力学能（U）：组成热力系统的大量微观粒子本身所具有的能量。
热力学能是下列各种能量的总和：（1）分子热运动所形成的内动能。
（2）分子间相互作用力所形成的内位能。
（3）构成分子的化学能和构成原子的的原子能。
2、外储存能（1）宏观动能（Ek）：相对于热力系统以外的的参考坐标，由于宏观运动速度而具有的能量。
Ek12mc2f（2）重力位能（Ep）：在重力场中，热力系统由于重力作用而具有的能量。
Ep mgz3、热力系统的总储存能（E）：是内储存能与外储存能之和，即： E U Ek Ep U e u12cf212mc2f mgz 或gz（二）迁移能：能量从一个物体传递到另一个物体有两种方式做功和传热，传递过程中的功量和热量称为迁移能。
热力系统与外界存在势差时，进行的能量交换途径有三种：功量交换、热量交换、质量交换。
1、功量（1）体积功：在压力差的作用下，热力系统体积膨胀或收缩时与外界交换的功量。
（2）轴功（Ws）：热力系统通过叶轮机械的轴和外界交换的功量。
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热力学与统计物理学讲稿(Thermodynamics and Statistical Physics)林振权温州大学物理与电子信息学院2015春课程内容第0章导论热力学部分第一章热力学的基本规律第二章均匀物质的热力学性质*第三章单元系的相变第四章多元系的复相平衡和化学平衡、热力学第三定律*第五章不可逆过程热力学简介统计物理学部分第六章概率统计分布第七章统计规律性与近独立粒子系统的最概然分布第八章玻耳兹曼统计理论第九章费米统计和玻色统计理论*第十章系综理论*第十一章涨落理论*第十二章非平衡态统计理论初步教材与参考书教材：1. 汪志诚，《热力学·统计物理》(第5版)，高等教育出版社，2013年（兰州大学）参考书：1. 汪志诚，《热力学·统计物理（第5版）学习辅导书》，高等教育出版社，2013年2. 苏汝铿，《统计物理学》(第2版)，高等教育出版社，2013年，（复旦大学）3. 马本堃，《热力学与统计物理学》(第2版)，高等教育出版社，1995年，（北京师范大学）4. 张启仁，《统计力学》，科学出版社，2004年，（北京大学）5. 钟云霄，《热力学与统计物理学》，科学出版社，1988年，（北京大学）6. 林宗涵，《热力学与统计物理学》，北京大学出版社，2007年，（北京大学）7. 沈惠川，《统计力学》，中国科技大学出版社，2011年，8. 龚昌德，热力学与统计物理学，（南京大学）9. 王诚泰，统计物理学，清华大学出版社，1991年，（清华大学）10. [美]L.E.雷克，《统计物理现代教程(上)》，北京大学出版社，1983年11. L. E. Reichl, A Modern Course in Statistical Physics (2nd Edition), 1998，University of Texas12. R. K. Pathria& Paul D. Beale,Statistical Mechanics (3rd Edition), 2012年, University of Waterloo, Canada13. 中国科技大学物理班，《美国物理试题与解答第五卷热力学与统计物理学》，中国科技大学出版社，1986年14. 李湘如、彭匡鼎，《热力学与统计物理学例题和习题(热力学分册)》，高等教育出版社，1988年15. 彭匡鼎、李湘如，《热力学与统计物理学例题和习题(统计物理学分册)》，高等教育出版社，1988年参考教学网站1. 厦门大学《热力学统计物理》国家精品课程/coursestatic/course_3118.html2. 上海交通大学《热力学统计物理》课程视频（马红孺） /serie_400008300.shtml热力学和统计物理课程介绍复旦大学教学目的：这是一门讲授物理学中与经典力学、电磁场动力学、量子力学并列的物理学理论的重要课程，它描述了体系在温度环境下必须服从的物理规律的理论（原则上任何实际的物理体系，都在温度的环境中，只是在有些情况下温度的影响可以忽略而能遵从纯的力学规律），加上近年来物理上出现的许许多多的新进展象量子流体、Bose-Einstein凝集、临界现象、输运理论和有关的输运现象等，离开了统计物理是无法理解的。
因此本课程将要求学生能象掌握经典力学、电磁场动力学、量子力学一样去掌握物理学中另一个不可缺少的理论规律。
深入了解物理概念、懂得处理这类物理问题的原则途径，同时学到现代物理前沿新进展的一些新知识。
华中师范大学统计物理课程简介：:统计物理是本科物理学专业的必修课程，也是理论物理传统四大基础课程之一。
统计物理的研究对象是由大量粒子或准粒子组成的具有大量随机自由度的宏观系统，它的研究目的是建立微观世界和宏观世界的联系，即从微观粒子服从的力学规律（动力学）出发，运用随机数学研究宏观系统的性质和规律。
课程建设的指导思想：通过对该门课程的学习，使学生获得严格逻辑思维的训练、演绎推理能力的培养和构建物理模型的体念，从而培养学生扎实的物理基础和广泛地应用物理理论解决实际问题的能力，适应新的科技发展和国家建设人才的需要。
第0章 导论1. 热力学与统计物理学的研究对象生活中所接触的宏观物体是由大量微观粒子构成的，并且这些微观粒子不停地进行着无规则的运动，而且这种微观粒子的无规则运动（的剧烈程度）与物体的冷热程度（温度）有关。
热力学与统计物理学的研究对象即为大量微观粒子（分子、原子等）组成的热力学系统的热运动（微观上为热运动，宏观上表现为热现象）2. 热力学与统计物理学的研究任务研究热运动的规律，以及热运动对物质宏观性质与宏观热力学过程的影响。
（1）热运动的普遍规律，各种物质热运动都遵守的共同规律。
包括热力学第零定律、第一定律、第二定律、第三定律。
（2）热运动对物质宏观性质的影响：热运动对各种物质的宏观性质有不同的影响，也有一些共同规律。
如热运动使得顺磁性固体的磁化率χ不再为常数，而与系统的温度（反映热运动的剧烈程度）有关：TC =χ。
磁介质温度越高其磁化率越低，这是磁化的有序作用与热运动的无序作用的竞争结果。
3. 热力学和统计物理学的研究方法和特点（1）热力学：热运动的宏观理论热力学的研究方法：热力学把物体当作连续介质，完全不管物体的微观结构。
通过对热现象的观测、实验和分析，总结出基本的经验规律，再而经过逻辑演绎推理，抽象出热运动的本质，得出热力学的基本规律（热力学第零、第一、第二和第三定律），由此揭示出系统宏观量之间的关系和宏观量的变化规律，及宏观物理过程中宏观量的变化关系及宏观热力学过程的进行方向和限度。
热力学的基础是经验总结的三条基本定律。
热力学理论的特点：普适性：热力学基本规律的普遍适用可靠性：实验总结局限性：微观热运动本质（2）统计物理学：热运动的微观理论统计物理学的研究方法：考虑宏观物质系统是由大量微观粒子组成这一事实，从物质的微观组成与结构（微观粒子及其相互作用，粒子能级结构等粒子及系统的微观结构性质）出发，认为物质的宏观性质是大量微观粒子热运动的集体表现、是微观性质的统计平均，宏观物理量是相应的微观量的统计平均值，按照系统的统计分布规律进行统计平均得到系统微观量的统计平均值（宏观量）。
统计物理学的基础除了描述微观粒子运动的量子力学外，还需要统计假设。
统计物理学的内容分为三大部分：平衡态统计理论（统计力学）、非平衡态统计理论和涨落理论。
（1）平衡态统计理论：经过100多年的研究和完善, 迄今其概念和方法已臻成熟，其中统计系综理论是普遍的，可以用于任何宏观热力学系统，自20世纪30年代开始，平衡态理论发展主要集中在如何处理相互作用不能忽略的系统，包括相变与临界现象；（2）非平衡态统计理论：研究物体处于非平衡态下的性质、各种输运过程（热传导、粘滞现象、扩散现象、金属电导率等问题），以及具有基本意义的非平衡过程的宏观不可逆性等。
非平衡态统计物理作为一个独立活跃的学科广受重视, 仅是近三四十年之事, 目前仍处于发展阶段。
其中近平衡态（偏离平衡态不远的非平衡态），已有成熟的输运过程理论，导出各种输运过程的宏观现象性规律的微观解释，并从微观上确定宏观输运系数。
而对远离平衡态的非平衡态，系统更为复杂，物理现象更为丰富，理论还不完善，尤其是如何理解宏观热力学不可逆性的起源问题。
（3）涨落理论：热力学不能解释而被忽略。
涨落现象分二类：一是围绕平均值的涨落；二是布朗运动。
统计物理学特点：深入到热运动的微观本质，能够将热力学中三个相互独立的基本定律归结为一个基本的统计原理，阐明这三个定律的统计意义，还能解释涨落现象。
统计物理学的局限性：统计物理学对物质的微观结构往往只能作简化的模型假设，因而只能得到近似的结果，而且统计物理学的理论结果最终需要宏观实验检验。
沈惠川《统计力学》：物理学四大力学（经典力学、电动力学、量子力学、统计力学）中当前最具研究人气的是量子力学与统计力学，其中最有实用意义的是统计力学。
马上庚《统计力学》：统计力学是理论物理的一部分，它最出色之处是其应用，应用范围包括物理、天文、化学、材料，以至于生物学。
统计力学的应用大致可分为初等应用与高等应用，初等应用大致是“理想气体”，包括量子理想气体，凡是粒子间相互作用不重要的情形，如自由电子模型，都包括了。
高等应用是在相互作用很重要的情形，如相变与临界现象。
高等统计力学是在固体物理兴起之后的产物，大多数的应用在于固体物理。
沈惠川《统计力学》：近几十年，统计力学的应用又从固体物理学延伸至凝聚态物理学，甚至粒子物理学和天体物理学。
L. E. Reichl《A Modern Course in Statistical Physics》中介绍很多统计物理学的应用专题。
4. 热力学和统计物理学的联系热力学和统计物理学具有相同的研究对象和研究任务，研究方法不同。
热力学为宏观理论，统计物理学为微观理论，两者相辅相成。
5. 热力学和统计物理学的发展史第一时期（17世纪末—19世纪中叶），实质上是热学的早期史，这个时期积累了大量的实验和观察事实。
关于热的本性展开了研究和争论，为热力学理论的建立作了准备，在19世纪前半叶出现的热机理论和热功相当原理已经包含了热力学的基本思想。
1690年，法国人丹尼斯·巴本（Denis. Papin, 1663～1712）在德国制成了第一个有活塞和气缸的试验性蒸气机。
瓦特（James Watt, 1736～1819）制成了具有工业意义的蒸气机。
第一只实用的温度计是荷兰人华伦海特（G. D.Fahrenheit,1686～1736年）制造的。
1742年瑞典科学家摄尔修斯（A. Celsius,1701～1744）用水银做测温物质，产生了现代温度计的雏形。
第二时期（19世纪中叶—19世纪70年代末），这个时期发展了唯象热力学和分子运动论。
这些理论的诞生直接与热功相当原理有关，热功相当原理奠定了热力学第一定律的基础。
它和卡诺理论结合，导致了热力学第二定律的形成。
热功相当原理跟微粒说（唯动说）结合则导致了分子运动论的建立。
而在这段时期内唯象热力学和分子运动论的发展还是彼此隔绝的。
第三时期（19世纪70年代末—20世纪初），这个时期开始于波尔兹曼的经典工作，在这个时期内唯象热力学的概念和分子运动论的概念结合的结果，最终导致了统计热力学的产生。
这时出现了吉布斯在统计力学方面的基础工作。
第四时期（20世纪30年代—），这个时期内出现了量子统计物理学和非平衡态理论，形成了现代理论物理学最重要的一个部门。
第一章热力学的基本规律1.1 热力学系统的平衡状态及其描述1.2 热平衡定律和温度1.3 物态方程1.4 功1.5 热力学第一定律1.6 热容量和焓1.7 理想气体的内能1.8 热力学第一定律的应用1.9 理想气体的卡诺循环1.10 热力学第二定律1.11卡诺定理1.12 热力学温标1.13 克劳修斯等式和不等式1.14 熵1.15 热力学第二定律的数学表达1.16 理想气体的熵1.17 熵增加原理的简单应用1.18 自由能和吉布斯函数*1.19 [前沿课题]有限时间热力学1.1热力学系统的平衡状态及其描述1. 系统与外界热力学系统：热力学的研究对象。