宏观描述方法与微观描述方法
热力学平衡的基本概念
箱子两侧粒子数不可能严格相同，这里的偏差也 就是涨落.
四 热力学第零定律 1 热平衡: 两物体通过热接触，经很长时间后达到 的宏观性质不再变化的状态称为热平衡态。 热力学第零定律为温度概念的建立提供了实
验基础, 互为热平衡的物体之间必存在一个相同
的宏观特征，即相同的温度.
五 状态方程 1 状态方程的概念 状态参量在平衡态下有确定的数值和意义，那么不同 状态参量之间有什么关系？ 以理想气体为例，状态参量有p、V、T，由实验测 得， P、V、T三者有关系：
第二篇 热学
一、热学研究对象及内容
1.对象
由大量分子或原子组成的宏观物体，称为热力 学系统。 热力学系统外的物体称外界。 对象的特征：大量无规运动的粒子组成。 2.内容 热现象：物质中大量分子热运动的集体表现。
热学研究与热现象有关的性质和规律。
二、热学的研究方法
1.宏观描述方法---热力学方法
以实验事实为基础，从能量的观点研究热现象的宏
f( T ,p , V ) 0
气体的状态方程
一般地，一个热力学系统达到平衡态时，其状 态参量之间满足的函数关系称为该热力学系统的 状态方程.
2 理想气体的状态方程 温度较高、压强较小、密度较小的气体—理想气体 T不变 玻意耳-马略特定律
PV=constant
理想气体的 实验定律
P不变
盖—吕萨克定律
5
M 3 3 22 . 4 10 m T 273 . 15 K V 0 0 M mol
P V M M 0 0 C 8 . 31 R T M M 0 m ol m ol
M PV RT Mmol
R8 .31 J/K.mol
普适气体恒量
另一种常用形式
热力学
金属杆就是一个热力学系统。
根据平衡态的定义，虽然杆 上各点的温度将不随时间而 改变，但是杆与外界（冰、 沸水）仍有能量的交换。一 个与外界不断地有能量交换 的热力学系统所处的状态， 显然不是平衡态而是稳定态。
100 oc
金属杆
0 oc
驰豫时间－－系统由非平衡态过渡到平衡态所 需要的时间。
例：气体压强趋于均匀～10－16 秒液体密度趋 于均匀～几分钟
1.分子固有体积修正：
对实际气体分子，要占有一定体积。设有1mol气体， 则分子活动空间为Vm-b，有：
Vm
b
RT p
b的定义：当p→∞时，Vm→b，即b是气体无限压缩 后所达到的最小体积。
弥补热力学的不足，使热力学的理论获得更深刻的 意义。
微观描述方法的局限性：
在于它在数学上遇到很大的困难，由此而作出简化 假设（微观模型）后所得的理论结果与实验不能完 全符合。
热力学是研究热功转换过程所遵循的规律 的科学。它包含系统变化所引起的物理量的 变化或当物理量变化时系统的变化。
热力学研究问题的基础是四个经验定律（ 热力学第一定律，第二定律和第三定律，还 有热力学第零定律），其中热力学第三定律 是实验事实的推论。这些定律是人们经过大 量的实验归纳和总结出来的，具有不可争辩 的事实根据，在一定程度上是绝对可靠的。
加压
终 T2＝273 K p2＝2×105 Pa
态 V2＝1 m3
加压 T3＝273 K p3＝1×106 Pa V3＝0.2 m3
减压
常见的变化过程
等温过程 系统从状态1变化到状态2，在变化过 程中温度保持不变，始态温度等于终态温度，且 等于环境温度。
等压过程 系统从状态1变化到状态2，在变化过 程中压力保持不变，且等于环境压力。
热力学第零定律
P
a v2
v
b
RT
这就是1mol 实际气体的 范德瓦耳斯状态方程。
对m千克的实际气体
V
m v
v
M V
M
m
P
m2 M2
a V2
V
m M
b
m M
RT
当修正常数 a=0, b=0时,它就过渡到理想气体
状态方程,所以它的适用范围更大。
平衡态下状态参量不随时间变化
在 P—V 图上一个点表示一个平衡态。
4.状态方程(equation of state) 状态参量之间的函数关系 f (P,V,T) = 0
理想气体状态方程: PV NkT 或 P nkT PV M RT νRT μ
摩尔气体常数 R 8.31J mol -1 K1 阿伏加德罗常数 N A 6.021023mol -1 波尔兹曼常数 k R 1.381023 J K 1
从物质的微观结构出发，用统计平均的方 法，研究热现象及规律的微观本质。
·两种方法相辅相成。
三.几个概念
1.宏观量与微观量
(1)宏观量 (macroscopic quantity) ·表征系统整体性质的物理量 ·可直接测量(如体积、压强)
广延量：有累加性(如质量、能量) 强度量：无累加性(如温度、压强)
2.考虑分子之间的相互作用力
当气体的压强比较大时,分子的 数密度大,分子之间的距离小， 分子之间的作用力不能忽略了。
范氏微观简化模型：
f
斥力
合力
r0
O
sr
10 -9m
d
引力
化学中微观和宏观的概念
化学中微观和宏观的概念
宏观就是你肉眼能看到的现象,或者用一般的仪器能够测量出的,
而微观主要是指从分子,原子等一些粒子的角度来分析的现象.如一个化学反映,从宏观的角度讲,反应现象是什么,如放热,有火花,溶液变色什么的,生成了多少质量（用一般仪器测出的数量值）,从微观的角度讲就是反应了多少摩尔（注意是摩尔作单位）的物质,生成了多少摩尔的物质,等等,你自己把握,反正更原子,分子,离子等微观粒子有关的就是子微观啦!
一、组织元素不同：
1、宏观是从元素，物质的构成(不论数目,也不能说物质名称)，就比如是分子由原子组成一类。
2、微观是具体到某一物质的构成，比如用什么分子，原子或离子构成的(可以论数目，也可以说物质名称，比如1个水分子由2个氢原子和1个氧原子构成。
二、范围不同：
1、宏观为大范围的对化学有关类的描述。
2、微观为小范围的化学类描述。
“化学”一词，若单是从字面解释就是“变化的科学”。
化学是在原子层次上研究物质的组成、结构、性质、及变化规律的自然科学，这也是化学变化的核心基础。
现代化学下有五个二级学科：无机化学、有机化学、物理化学、分析化学与高分子化学。
工程热力学的研究内容
教学要求
1、弄清基本概念，注意每章后的思考题 弄清基本概念， 弄清基本概念 2、独立完成作业，每周二按时交 独立完成作业， 独立完成作业 3、发挥主观能动性，积极完成大作业 发挥主观能动性， 发挥主观能动性 4、有问题及时解决，不要拖至考试 有问题及时解决， 有问题及时解决
工程热力学的研究内容
1、能量转换的基本定律 能量转换的基本定律 2、工质的基本性质与热力过程 3、热功转换设备、工作原理 、热功转换设备、 4、化学热力学基础 、
工程热力学研究方法
1、宏观方法：连续体，用宏观物理量描述 宏观方法：连续体， 宏观方法 其状态， 其状态，其基本规律是无数经验的总结 特点：可靠 普遍， 可靠， 特点 可靠，普遍，不能任意推广 宏观热力学， 宏观热力学，平衡热力学
√
2、微观方法：从微观粒子的运动及相互作 微观方法： 微观方法 用角度研究热现象及规律 特点：揭示本质， 特点：揭示本质，模型近似 统计热力学
工程热力学所属学科
工程热力学 传热学
工程热物理Βιβλιοθήκη 流体力学 燃烧学 热物性学参
考
书
1、工程热力学 沈维道等 高教出版社 工程热力学 2、工程热力学 曾丹苓等 高教出版社 工程热力学 3、工程热力学 刘桂玉等 高教出版社 工程热力学 4、工程热力学 庞麓鸣等 高教出版社 工程热力学 5、热力学分析 朱明善等 高教出版社 热力学分析 6、工程热力学题型分析 朱明善等 清华出版社 工程热力学题型分析 7、Fundamentals of Classical Thermodynamics Gordon J. et al. Fifth ed 8 、Thermodynamics, Yunus A. Gengel et al. Fourth Edition
宏观中观微观三个维度
宏观中观微观三个维度宏观、中观和微观是热门的科学用语，它们也是数学和物理学家所使用的概念。
它们表示不同尺度上的事物，用来从系统层次上研究它们之间的关系。
本文将从三个不同维度讨论宏观、中观和微观，以加强对这些概念的理解。
宏观指的是根据过去的统计数据和应用的理论分析，对系统或大规模结构进行研究。
例如，经济学家使用宏观经济学模型来研究全球经济的动力机制，并评估经济政策的影响。
宏观可以提供较高水平的观点，可以更容易地发现系统之间的潜在联系。
同时，它也可以提供实践性解决方案，例如建议政策变革或经济刺激项目，以改善整体经济表现。
中观是指研究小型、单一系统或组织的方法。
它旨在提供细节和深入理解。
例如，管理学家可以使用中观方法研究单个企业的战略决策过程，以更好地了解企业的内部结构和运作机制。
中观也被用来研究社会的内部机制，例如社会变迁的势能和轨道、社会决策的影响机制、社会阶层的结构等。
微观是描述单个实体的行为的概念。
它的应用广泛，既可以指物理学中的最小单位，如原子和分子，也可以指生物学中的最小单位，如细胞、器官和组织，还可以指人文社会科学中的最小单位，如个人、家庭等。
例如，经济学家可以使用微观经济学方法来研究个体的消费、投资和储蓄行为，可以更深入地了解个体的行为动机和决策机制。
因此，可以说宏观、中观和微观是不同维度上的三个概念，它们可以互相协调，提供更完整而准确的解释。
宏观分析提供全局视角，可以发现系统之间的联系；而中观分析可以深入研究单个单体，发现内部结构和机制；而微观可以研究最小单位，揭示驱动行为的原因。
因此，在研究系统或结构时，需要运用宏观、中观和微观三个维度的综合思维，以更全面地理解它们之间的关系和机制。
在日常实践中，要保持概念的整体性，同时也要注意细节，以便更加彻底地认识宏观、中观和微观的不同维度。
微观与宏观的物理描述
微观与宏观的物理描述物理学是一门研究自然界中物质和能量以及二者之间相互作用的学科。
在物理学的研究中，人们往往从微观和宏观两个不同的层面出发，以描述和解释不同尺度下的现象和规律。
微观物理描述着眼于微小尺度的物质和粒子间的相互作用，而宏观物理描述则关注的是大尺度的宏观物体和它们之间的相互作用。
两者相辅相成，共同构成物理学的完整描述体系。
微观物理描述，也被称为粒子物理学，研究的是物质的微观结构和运动。
在微观领域中，物质被认为是由离子、分子、原子和更小的基本粒子组成的。
基本粒子包括了质子、中子、电子和各种更加微小的粒子，如夸克、轻子等。
微观物理描述需要运用量子力学、粒子物理学等理论来解释微观粒子的行为。
量子力学提供了对微观尺度下物质和能量交互作用的描述，例如波粒二象性、不确定性原理等。
通过微观物理描述，我们可以更深入地理解物质的本质和微观粒子之间的相互作用。
例如，电子在原子轨道中的分布、分子之间的相互作用力以及物质在极低温度下的超导和超流现象等。
微观物理描述也为材料科学提供了基础，使我们能够设计和合成特定性能的材料，如半导体、导体等。
此外，微观物理描述还涉及到核聚变、核裂变等核反应过程的研究，对于能源领域的发展有着重要的影响。
宏观物理描述则关注的是大尺度物体的运动和相互作用。
在宏观物理学中，我们研究的是宏观物体和它们之间的相对位置、形状、运动以及力的作用。
宏观物理学运用牛顿力学、热力学等理论来描述宏观物体的运动和力学性质。
牛顿力学通过力的概念和运动方程来描述物体的运动状态和相互作用力的传递。
热力学则研究物体的热力学性质，如温度、熵、热传导等。
通过宏观物理描述，我们可以了解宏观物体的运动规律和宏观现象的基本规律。
例如，质点的匀速和加速运动、刚体的力学平衡、万有引力定律等。
宏观物理描述还涉及到热力学系统的性质，如能量守恒定律、热力学循环等。
宏观物理描述在工程学和技术应用中也有着广泛的应用，如机械工程、建筑学、流体力学等。
材料力学中的微观尺度与宏观尺度
材料力学中的微观尺度与宏观尺度材料力学是研究材料在受力作用下的变形、破坏和失效规律的学科。
在材料力学研究中，微观尺度和宏观尺度是不可避免的两个层面。
微观尺度是指研究材料内部微观结构与宏观力学性能之间的关系。
材料的内部结构包括晶体结构、组织结构等。
在微观尺度下，材料的力学行为可以通过材料的晶体结构来描述。
晶体结构决定了材料的强度、韧性、硬度等力学性能。
同样地，组织结构也会影响材料的宏观性能。
比如说金属的晶粒大小对于材料的塑性有显著的影响。
材料颗粒的尺寸越小，材料的塑性就越好。
宏观尺度是指研究材料受力后的总体性能。
在宏观尺度下，材料的力学行为可以被描述为弹性行为和塑性行为。
材料的弹性行为是指受力后的材料可以恢复到原来的状态。
当材料受到力的作用时，会发生变形，如果这种变形是可逆的，那么我们就说材料具有弹性。
相反，如果变形是不可逆的，那么材料就会发生塑性变形。
除了弹性行为和塑性行为，材料还会出现断裂现象，这通常被称为失效。
材料的微观尺度和宏观尺度的研究是紧密相关的。
研究材料的微观尺度可以提高我们对材料的宏观力学性能的理解，从而指导材料的设计和制造。
在材料设计和制造中，我们希望有足够的强度、韧性、硬度等特性。
为了实现这些特性，我们需要研究材料的内部结构，并通过合适的处理方式来控制材料的晶体结构和组织结构。
从而控制材料的力学性能。
最近，有越来越多的研究集中在微观尺度下对材料的力学性能进行探究。
例如，针对纳米材料的研究已经取得重大进展。
纳米材料是一种具有尺寸小于100纳米（1纳米=1亿分之一米）的材料，由于具有更高的比表面积和更小的晶粒尺寸等特点，因此展现出许多特殊的力学性能。
例如，针对体积小的纳米线的研究表明，纳米线可以容易地发生外力的引导，可以实现超弹性或者破坏韧性，这些性能在常规尺度的材料中是不可能实现的。
因此，严密地研究材料在微观尺度下的力学性能，对于我们创造出更高性能的材料具有至关重要的意义。
综上所述，材料的力学性能是由微观尺度和宏观尺度的相互作用所决定的。
社会科学研究方法归纳
社会科学研究方法归纳一、宏观研究方法：哲学逻辑：定性方法数学逻辑：定量方法二、微观研究方法：1、观察法2、调查法3、实验法4、准实验研究可以控制和选择那些需要控制和选择的因素，同时“被试”还能在他们的自然场所中轻松地参与实验者的实验。
从准实验中，仅能得到一个合理的推断，而非严谨的因果关系。
其优势在于，使用自然场合的实用性。
5、文献研究法6、实证研究法实证研究法是科学实践研究的一种特殊形式。
其依据现有的科学理论和实践的需要，提出设计，利用科学仪器和设备，在自然条件下，通过有目的有步骤地操纵，根据观察、记录、测定与此相伴随的现象的变化来确定条件与现象之间的因果关系的活动。
主要目的在于说明各种自变量与某一个因变量的关系。
7、讲故事8、访谈法9、跨学科研究法10、个案研究法个案研究法是认定研究对象中的某一特定对象，加以调查分析，弄清其特点及其形成过程的一种研究方法。
个案研究有三种基本类型：(1)个人调查，即对组织中的某一个人进行调查研究；(2)团体调查，即对某个组织或团体进行调查研究；(3)问题调查，即对某个现象或问题进行调查研究。
开展个案研究时，要考察案例内部有效性、外部有效性、结构有效性等，横向：把个案分解成概念，使得研究层次下降；纵向上，进行过程追踪，监视了解其动态变化过程，对比不同时间段的发展状况。
11、功能分析法功能分析法是社会科学用来分析社会现象的一种方法，是社会调查常用的分析方法之一。
它通过说明社会现象怎样满足一个社会系统的需要（即具有怎样的功能）来解释社会现象。
12、历史研究法13、模拟法（模型方法）模拟法是先依照原型的主要特征，创设一个相似的模型，然后通过模型来间接研究原型的一种形容方法。
根据模型和原型之间的相似关系，模拟法可分为物理模拟和数学模拟两种。
14、探索性研究法探索性研究法是高层次的科学研究活动。
它是用已知的信息，探索、创造新知识，产生出新颖而独特的成果或产品。
15、案例分析法如果研究问题的目的是在回答“是如何改变的”、“为什么会变成这样”及“结果如何“等问题时，案例研究法就最为适合。
热学教案1
例子:水银温度计.(显示如何制定温标、线性分度) 假设0度时h0,100度时h1. a*h0+b=0 a*h1+b=100. a=100/(h1-h0),b=-h0*100/(h1-h0).
21
热力学温标: 热力学温标 1)绝对温标. 2)在理想气体温标适用的范围内,和理想气体温标等价. 3)单位是K,开尔文. 一些温标的转换关系 t T 摄氏度和绝对温度的关系: 0C = K − 273.15
近似、重视主要矛盾的处理) 1 理想气体模型 (近似、重视主要矛盾的处理) 1） 分子线度可以忽略，分子被看成质点。 6 证据：标准状况下，1立方米的分子数：.02 ×1023 /(22.4 ×10 −3 ) n0 = 2.7 ×10 25 。 1/ 3 −9 L • 标准状况下分子间平均距离： = (1 / n0 ) = 3.3 ×10 m 3 M = 28 ×10 −3 28× 液体氮的数据：密度 ρ = 0.8 ×10 ，摩尔质量 分子数密度(单位体积的分子数 )：n 一个分子的体积：1/n • 分子半径： 4 πr 3 = 1 / n r = 2.4 ×10 −10 m 3
2 温标 温标:确定温度数值的一套标准,规则. 温标和温度计的区别? 经验温标: 3要素.测温属性(h), 固定点,分度. 经验温标 分度: 测温属性和温度数值的关系。一般采取线性分度. T=ah+b 特点：依赖于测温物质 理想气体温标: 特殊的经验温标---理想气体 理想气体温标 等容理想气体温标. 分度 PV=nRT,单位是K,开尔文(温标的国际 单位). 固定点:纯水的三相点的温度规定为273.16K.此时压强为P0. P0*V=nR273.16., T=273.16*P/P0. (P0 0) 特点：不依赖于测温物质
微观模拟和宏观模拟方法在科学研究中的应用
微观模拟和宏观模拟方法在科学研究中的应用随着计算机技术的快速发展，科学研究的方法也在不断地进化。
其中，微观模拟和宏观模拟方法成为研究各种自然现象的有效工具，广泛应用于物理、化学、材料科学、生物医学等领域。
本文将介绍微观模拟和宏观模拟方法的基本概念和原理，并探讨它们在科学研究中的应用。
一、微观模拟方法微观模拟方法是指通过对单个分子或粒子进行建模和计算，来模拟和预测它们之间的相互作用和行为。
这种方法的主要优点在于它可以直接揭示物质和能量的微观特性，如原子的位置、速度、能量等。
而这些参数直接决定了物质的宏观性质，如物质的结构、形态、属性等。
微观模拟方法的基本原理是牛顿力学或量子力学，主要包括分子动力学模拟、Monte Carlo模拟和量子化学模拟等。
1、分子动力学模拟分子动力学模拟（Molecular Dynamics，MD）是一种数值求解在给定势能函数下的分子运动方程的方法，从而得到分子的时间演化轨迹。
借助MD方法，我们可以确定原子、分子等微观系统的结构、力学和热力学性质。
在分子动力学模拟中，粒子被视为质点，并受到不同的势场影响，其运动状态可以通过分子的动量和位置来描述。
分子的势能函数可以由点电荷模型、力场模型等来描述，并且可以通过计算机程序进行模拟。
2、Monte Carlo模拟Monte Carlo模拟是一种基于随机过程的统计模拟方法，主要依靠大量的随机数来模拟物理过程的统计规律。
在Monte Carlo模拟中，我们将粒子的系统看作是一个随机过程，其中每个状态的概率是已知的。
通过随机漫步的方式，我们可以获得系统在各个状态下的稳定性和平衡性，从而预测物理系统的性质和行为。
Monte Carlo模拟在计算热力学性质、相变等领域具有广泛应用。
3、量子化学模拟量子化学模拟是一种基于量子力学的模拟方法，能够准确地计算原子、分子的结构性质、反应动力学等量化性质。
量子化学模拟主要包括从头算、半经验和经验三种方法。
生物动力学的微观和宏观描述
生物动力学的微观和宏观描述生物动力学是生物学的一个分支领域，它研究生物体的运动和力学特性。
生物动力学可以分为微观和宏观两个层次。
微观层面研究微小结构，比如细胞、分子或者元器件类似的物体，宏观层面则是在整体上研究生物动态和运动机理。
一、微观层面微观层面的生物动力学主要是研究微小结构的物体的运动学和动力学的特性。
这些物体可能是分子、蛋白质或遗传物质。
在这些物体中，分子和蛋白质是最具代表性的。
微观层面的生物动力学主要包括以下几个方面：1. 分子运动学：分子是生物体内最小的可独立运动的结构单元，因此它们的运动特性受到了广泛研究。
分子的运动学研究主要是关注分子的位置、速度、加速度等运动状态，且通过研究分子的运动，人们可以了解分子在生命过程中所扮演的角色和机理。
2. protein 动力学与结构分析：蛋白质是生物体内最常见的大分子化合物，因此蛋白质的运动和结构分析是微观层面中最为重要的一个方面。
protein 动力学研究主要包括研究蛋白质的运动和稳态，蛋白质的动态变化与结构信息融合等。
同时，结构分析方法是理解蛋白质结构和其所扮演的生物学功能的关键。
3. 生物分子相互作用力：生物分子与分子或离子之间相互作用是生物体内高效能催化、调控和自我组织性的基础。
研究这些相互作用可以更全面和准确地了解生物体内的化学反应过程，同时还能通过研究这些相互作用推动新药物的设计和发展。
二、宏观层面宏观层面的生物动力学是研究生物整体机械性质和宏观运动规律的学科。
宏观层面的生物动力学主要包括以下几个方面：1. 动物运动学：动物运动学是研究动物运动的学科，由于动物从事各种活动而产生了广泛的运动样式和方式，研究这些活动可以使我们更好地理解动物适应环境的能力。
2. 生物材料力学：生物材料力学研究主要关注生物组织内力学和机械性质的特征，以前人们一直对各种类型的材料进行强度和变形特征的评估，现在，可以通过研究生物体内各种细胞、组织和器官的本质力学材料。
气体动理论
理想气体的状态方程：
M pV RT M mol
M 令： M mol
pV RT
R 8.31J / (mol K )
——普适气体常数
T不变
玻意耳定律 PV=constant 盖—吕萨克定律 V/T=constant 查理定律 P/T=constant
dN ( h ) N
dN （h） /N
在身高h附近dh高度间隔内的人数占总人数的比率为：
dN （h）N f (h)dh
（ f h） dN （h） / Ndh
则
称为分布函数
表征在身高 h附近单位高度间隔内的人数占总人数的比率。
f (h)dh 1
称为归一化条件
f(h)对h所画出的曲线称为分布曲线 那么身高在 h--h+dh 间的人数占总 人数的比率为：
§6-3
1.微观模型
理想气体的压强公式
一、理想气体的微观模型和统计假设
（1）气体分子的大小与气体分子间的距离相比可以忽略，即气 体分子可当作质点，不占体积； （2）气体分子的运动服从经典力学规律，分子之间以及分子与 器壁之间的碰撞均为完全弹性碰撞； （3）分子之间除碰撞瞬间外，不计相互作用力；
2.平衡态气体分子的统计性假设
(2)统计性 从大量分子的整体的角度看，存在一定的统计规 律（大量偶然性从整体上所体现出来的必然性 ），即 统计性。
3、统计方法
统计方法的特点：用大量分子的平均性质的了 解代替个别分子的真实性质。 注意：起伏现象
3、分布函数和平均值 偶然事件：大量出现不可预测的事件。多次重复观察 同样的事件，可获得该偶然事件的分布， 从而得到其统计规律。 例1：统计某城市中的商店按职工数的分布情况。
分子的表示方法微宏观
分子的表示方法微宏观
分子的表示方法可以从微观和宏观两个角度来进行描述。
从微观角度来看，分子可以通过化学式来表示。
化学式是一种
用化学符号和数字表示化合物中元素种类和原子数的方法。
例如，
水分子可以用化学式H2O来表示，其中“H”代表氢原子，“O”代
表氧原子，数字“2”表示氢原子的个数。
化学式能够清晰地展示分
子中各种元素的种类和数量，是一种直观的微观表示方法。
另外，从宏观角度来看，分子可以通过分子模型或者结构式来
表示。
分子模型是一种用物理模型或者计算机模拟来展示分子结构
的方法。
通过分子模型，我们可以直观地观察分子的空间构型、原
子之间的相对位置关系以及分子的三维结构。
结构式则是一种用图
形符号和线条来表示分子内原子之间连接方式的方法，能够清晰地
展示分子的结构特征和化学键的类型。
此外，分子还可以通过光谱学方法来进行表示。
光谱学是一种
通过分子对辐射的吸收、发射或散射来研究分子结构和性质的方法。
通过分子的光谱特征，我们可以获得关于分子振动、旋转、电子能
级等信息，从而对分子进行表征和表示。
总的来说，分子的表示方法是多样的，可以从化学式、分子模型、结构式以及光谱学等多个角度进行描述，这些方法能够全面地展示分子的微观结构和宏观特征。
化学里的宏观概念和微观概念
化学里的宏观概念和微观概念
在化学中，宏观概念和微观概念是描述物质和化学反应的不同层次或尺度的概念。
宏观概念是指观察和描述化学现象时，关注的是大量物质的总体性质和行为。
它们通常是以人类可直接感知的尺度进行观察，例如物质的质量、体积、形状、颜色、温度、密度等。
例如，宏观概念可以描述溶液的颜色、一个物质的熔点和沸点，以及不同物质之间的化学反应如燃烧和溶解等。
微观概念是指观察和描述分子和原子水平上的化学现象。
它们涉及到物质的微观性质和微观行为，需要使用更高级的科学仪器和理论来观察和解释。
微观概念包括分子的组成、粒子之间的相互作用、化学键的形成和断裂等。
例如，微观概念可以描述分子的结构、键长、键角，以及分子之间的化学反应机理。
宏观概念和微观概念是相互关联的，它们之间存在着一定的关系和连续性。
宏观性质和行为是由于微观领域中的分子和原子的组成和相互作用所决定的。
通过了解微观概念，我们可以解释和预测宏观现象，并进一步理解和控制化学反应和物质的性质。
宏观与微观描述方法
(二)热力学
• 热力学是热物理学的宏观理论， • 它从对热现象的大量的直接观察和实验测量
所总结出来的普适的基本定律出发， • 应用数学方法，通过逻辑推理及演绎， • 得出有关物质各种宏观性质之间的关系, • 宏观物理过程进行的方向和限度等结论。
• 热力学基本定律是自然界中的普适规律，
•只要在数学推理过程中不加上其他假设，这些 结论也具有同样的可靠性与普遍性。
•热物理学渗透到自然科学的各部门，所有与热
相联系的现象都可用热学来研究。
（二）热学研究对象的特征：
•热物理学研究的是由数量很大的微观粒子所组 成的系统。
• 若光滑底面上有N 个弹性刚球,确定一球的运动情 况需x,y,vx,vy 4个独立坐标,需要列出4个独立方程。
N经典热力学是具有普遍内容的唯 一的物理理论.
•我 深 信 ， 在 其 基 本 概 念 适 用 的 范 围内是绝对不会被推翻的。”
热力学的局限性：
（1）它只适用于大数粒子组成的宏观系统； （2）它主要研究物质在平衡态下的性质. 它不能解释系
统如何从非平衡态进入平衡态的过程； （3）它把物质看为连续体，不考虑物质的微观结构。
今才数了10×1017 = 1018个分子, • 差不多相当于 10-5 mol分子。 • 显然，人类不可能造出一部能计算1023个粒子的运
动方程的计算机。
• 即使能做到，对我们也意义不大 • 因为我们所关心的是气体的宏观性质， • 即相应微观量的统计平均值。
•热物理学研究对象的这一特点决定了它有宏观 的与微观的两种不同的描述方法。
• 对于任何宏观的物质系统。 • 不管它是天文的、化学的、生物的 …… 系统，也
不管它涉及的是力学现象、电学现象 …… ,只要与 热运动有关，总应遵循热力学规律。
课件：宏观描述方法与微观描述方法
(二)热力学
• 热力学是热物理学的宏观理论， • 它从对热现象的大量的直接观察和实验测量
所总结出来的普适的基本定律出发， • 应用数学方法，通过逻推理及演绎， • 得出有关物质各种宏观性质之间的关系, • 宏观物理过程进行的方向和限度等结论。
（三）统计物理学
• 统计物理学则是热物理学的微观描述方法，
• 它从物质由大数分子、原子组成的前提出发， 运用统计的方法，
• 把宏观性质看作由微观粒子热运动的统计平均值所决 定,
• 由此找出微观量与宏观量之间的关系。 微观描述方法的局限性在于它在数学上常遇到很大
的困难， 由此而作出简化假设（就是微观模型）后所得到的
热力学的局限性：
（1）它只适用于粒子数很多的宏观系统； （2）它主要研究物质在平衡态下的性质. 它不能解答系
统如何从非平衡态进入平衡态的过程； （3）它把物质看为连续体，不考虑物质的微观结构。
它只能说明应该有怎样的关系，而不能解释为什么 有这种基本关系。 • 要解释原因，须从物质微观模型出发，利用分子动 理论或统计物理方法予以解决。
§1.1.2 宏观描述方法与微观描述方法
（一）宏观与微观的两种不同描述方法
• 大数粒子作为一个整体Байду номын сангаас存在着统计相关性，这
种相关性迫使这个集体要遵从一定的统计规律。 • 对大数粒子统计所得的平均值就是平衡态系统的宏
观可测定的物理量。 • 系统粒子数越多，统计规律正确程度也越高。
正因如此，热学有宏观描述方法（热力学方法)与 微观描述方法（统计物理学的方法）之分。
• 热力学基本定律是自然界中的普适规律，
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宏观描述方法与微观描述方法
宏观描述方法与微观描述方法1
热物理学及研究对象的特征
2
宏观和微观描述方法
3
热力学
4
统计物理学
5
热力学与统计物理学的关系
1. 热物理学及研究对象的特征
Ø热物理学
热物理学是研究有关物质的热现象、热运动以及与热相联系的各种规律的科学。
它与力学、电磁学及光学一起共同被称为经典物理四大柱石。
热现象：与温度有关的物理性质的变化；
热运动：组成物质的大量微观粒子的无规则运动。
Ø热学研究对象的特征
热学研究的是由数量很大很大的大数微观粒子所组成的系统，宏观物质由大量微观粒子组成，微观粒子（分子、原子等）都处于永不停息的无规热运动中
大量微观粒子的无规热运动-----决定了宏观物质的热学性质
特征
Ø热现象是众多微小粒子群体运动，每个粒子都有自己的运动，但是宏观上又表现出一种集体效应；
1mol物质中就有6.02×1023个分子，确定性和必然性是由众多的偶然性统计平均的结果
Ø宏观过程与微观运动的时间尺度相差悬殊
测量是一种统计平均
Ø热现象多伴有较复杂的能量转化
Ø热学过程具有方向性
2. 宏观和微观描述方法
例: 从力学可知，若方形刚性箱的光滑底面上有n个弹性刚球。
任一球在任一时刻的位置与速度可列出6个方程。
n个球就有6n个方程。
例: 1mol物质中就有6.02×1023个分子。
因而有6×6×1023个方程。
显然，人类不可能造出一部能计算1023个粒子的运动方程的计算机。
宏观理论微观理论
热力学
统计物理学
由偶然确定必然是一个统计的问题，将力学和统计方法结合起来就形成了求解热学问题的根本方法——统计力学原理。
但是这样一来，势必会使各种热学问题的研究复杂化。
所以历史上又以观察实验为基础，总结出理论，反复加以验证和完善，成为实用性很强的另一种热学的研究方法——热力学方法，即研究热学的方法分为热力学方法和统计物理学方法。
3. 热力学（thermodynamics ）
2. 热力学是具有最大普遍性的一门科学---不提出任何一个特殊模型，但又可应用于任何的宏观的物质系统。
热力学是热物理学的宏观理论，它从对热现象的大量的直接观察和实验测量所总结出来的普适的基本定律出发，应用数学方法，通过逻辑推理及演绎，得出有关物质各种宏观性质之 间的关系、宏观物理过程进行的方向和限度等结论。
1. 热力学基本定律是自然界中的普适规律，只要在数学推理过程中不加上其它假设，这些结论具有可靠性与普遍性，可为统计物理的结论提供论证。
特征
热力学的局限性：
（1）它只适用于粒子数很多的宏观系统；
（2）它主要研究物质在平衡态下的性质。
它不能解答系统如何从非平衡态进入平衡态的过程；
（3）它把物质看为连续体，不考虑物质的微观结构。
(4) 它只能说明应该有怎样的关系，而不能解释为什么有这种
基本关系。
要解释原因，须从物质微观模型出发，利用分子动理论或统计物理方法予以解决------微观理论。
4. 统计物理学（Statistical physics ）
1. 大数粒子作为一个整体，存在着统计相关性，遵从一定的统计规律。
统计物理学则是热物理学的微观描述方法，它从物质由大数分子、原子组成的前提出发，运用统计的方法，把宏观性质看作由微观粒子热运动的统计平均值所决定，由此找出微观量与宏观量之间的关系。
特征
2. 对大数粒子统计所得的平均值就是平衡态系统的宏观可测定的物理量。
3. 系统的粒子数越多，统计规律的正确程度也越高。
经典统计物理量子统计物理
4. 深入到物质本质，剖析热现象本质，给宏观理论以深刻的本质的解释
微观描述方法的局限性：
微观描述方法的局限性在于它在数学上常遇到很大的困难，由此而作出简化假设（微观模型）后所得到的理论结果常与实验不能完全符合。
5. 热力学与统计物理学的关系
热学有宏观描述方法（热力学方法）与微观描述方法（统计物理学的方法）之分。
它们分别从不同角度去研究问题，自成独立体系，相互间又存在千丝万缕的联系。
热力学验证统计物理学，统计物理学揭示热力学本质
热物理学涉及的内容很多，本课程主要讨论以下三部分内容：（1）热力学基础；（2）统计物理学的初步知识（以分子动理论的内容为主）；（3）液体、固体、相变等物性学方面的基本知识。
谢谢大家！。