经典热力学与统计物理学的建立重点
热力学与统计物理学的建立
热力学与统计物理复习知识点
三大统计侧重于从一个粒子的角度出发来研究系统。
基于等几原理来研究系统处于平衡态时的统计规律。
三大统计都从等几原理→算出一种{}l a 分布下所对应的微观状态数→最可几分布l a →引入配分函数→热力学量的统计表式→应用 一、 相空间（1）相空间必定是偶数维的，因为是以广义坐标（r q q q ,,,21 ）和广义动量（r P P P ,,,21 ）为轴。
（2）是正交空间：r r P P P q q q ∆∆∆∆∆∆=∆ 2121τ（3）半经典考虑： 考虑测不准关系：h P X ≈∆⋅∆，则一个态的相体积为r h 。
（这是半经典考虑后一个态所所必须占据的最小相体积）二、 状态数在考虑半经典近似的情况下：1个态的相体积为r h ，则可能的状态数为：r hτ∆ 三、 求态密度)(εD态密度指εεεd +→范围内的状态数 四、 研究对象：孤立，近独立的粒子系统 M-B 统计：经典粒子系统：粒子是可分辨的。
F-D 、B-E 统计：量子粒子系统：粒子是不可分辨的（全同性原理），要考虑自旋。
∑∑∑====lNi i l l lla U a N 1,εε，l a 是指一个能级上的粒子数。
因为是孤立系统：则有⎪⎩⎪⎨⎧==⇒⎭⎬⎫==∑∑000ll l ll a a U N δεδδδ约束条件。
因为是孤立系统，因而具有确定的粒子数N 、体积V 、总能U 。
五、等几原理：对于处于平衡态的孤立系统，系统各个可能的微观状态出现的几率相等用l a 来标记能级l ε上的粒子数，这样一组l a 称为一个粒子在不同能级上的分布，简称分布。
{}一种分布l l l l l a a a a a w w w w ⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫∆∆∆∆ 210210210210ττττεεεε每一个具体的分布则称为微观态。
!!!!lal l a l l l lBM a w N w a N l l∏=∏∏=Ω⋅)!(!!l l l l lD F a w a w -∏=Ω⋅!!)!()!1(!)!1(l l l l l l l l l lE B w a a w w a a w +∏≈--+∏=Ω⋅ 六、最可几分布：使得系统微观态数目取极大值的分布{}l a ，0ln =Ωδ，考虑拉格朗日不定乘子法：0=∑l a δα，0=∑l l a δεβ⎪⎩⎪⎨⎧----+=+==+EB B M D F e w a f ll l 1011δδβεα 当1>>αe （经典近似条件）时，l l e e βεαβεαδ++≈+，B M E B D F f f f ---→,llw a f =~ l ε能级一个量子态上的平均粒子数。
热力学统计物理总复习知识点
热力学统计物理总复习知识点热力学部分第一章热力学的基本规律1、热力学和统计物理学研究的对象是由大量微观粒子组成的宏观物质系统。
这些系统可以分为三类：孤立系、闭系和开系。
2、热力学系统平衡状态的四种参量是几何参量、力学参量、化学参量和电磁参量。
3、一个物理性质均匀的热力学系统称为相。
相的数量决定了系统是单相系还是复相系。
4、热平衡定律（热力学第零定律）表明，如果两个物体各自与第三个物体达到热平衡，那么它们彼此也处于热平衡。
5、符合玻意耳定律、阿氏定律和理想气体温标的气体称为理想气体。
6、XXX方程是对理想气体状态方程作了修正之后的实际气体的物态方程，考虑了气体分子之间的相互作用力（排斥力和吸引力）。
7、准静态过程是由无限靠近平衡态组成的过程。
在准静态过程中，系统每一步都处于平衡态。
8、准静态过程外界对气体所做的功可以表示为：dW=-pdV。
外界对气体所做的功是一个过程量。
9、绝热过程是系统状态的变化完全是机械作用或电磁作用的结果而没有受到其他影响的过程。
在绝热过程中，内能U 是一个态函数，可以表示为W=U_B-U_A。
10、热力学第一定律（能量守恒定律）表明，任何形式的能量都不能消失或创造，只能从一种形式转换成另一种形式，能量的总量保持恒定。
它的热力学表达式是U_B-U_A=W+Q，微分形式是dU=dQ+dW。
11、焓是一个态函数，可以表示为H=U+pV。
在等压过程中，焓的变化量等于内能的变化量加上压强与体积的乘积。
等压过程系统从外界吸收的热量等于焓的增加量。
12、焦耳定律表明，气体的内能只是温度的函数，与体积无关，即U=U(T)。
13、定压热容比和定容热容比分别表示为：C_p=(∂H/∂T)/(∂U/∂T)和C_V=(∂U/∂T)/(∂V/∂T)。
迈耶公式表明，定压热容比和定容热容比之差等于气体摩尔热容与气体摩尔气体常数之积：C_p-C_V=nR。
14、绝热过程的状态方程可以表示为pV=const，TV=const，γ=const。
热力学与统计物理重点
Ω不一定掌握，玻色 麦克斯韦 费米 玻尔兹曼 简答题 简单回答三个简答题相空间（μ空间的解释）如何描述微观粒子运动，用相空间的一个点描述，把物理问题转几何问题 谐振子计算 考一个计算吗 能量均分定理等概率原理（一个假设，系统的限制不能乱加孤立系统…） 玻尔兹曼分布导出能量均分：X^2贡献理想自由单原子气体 3个维度 ，N 个粒子再乘以N ，相关计算波色——爱因斯坦凝聚：（为何一定只有波色有：费米体系玻尔兹曼化学势不会小于0）TC 相变温度，凝聚点，：费米面费米面只有费米体系才有，泡利不相容原理，下面站满了，往上占，费米面就是化学势，是一个固定值。
布置的2维…（综合）一起；固体热容量爱因斯坦理论这一节的例题 所有。
n x 、n y 、n z 三个量子数描述...,2 ,1 ,0 ,2...,2 ,1 ,0 ,2... ,2 ,1 ,0 ,2±±==±±==±±==z z z y y y x x x n n c p n n b p n n a pπππ动量跟量子数之间一一对应的函数关系，如果利用q 和p 来描述粒子的运动状态，则一个状态对应于-空间中的一个体积，称为一个相格。
对于自由度为r 的自由粒子，该相格的大小为h r准静态过程：是一个非常缓慢的过程。
系统在过程中经历的每一个状态都可以dQdW dU ＋＝zy x z y x z y x dp dp dp hV dp dp dp L dn dn dn 332=⎪⎭⎫ ⎝⎛= π2222221222xm m p x A mp ωε+=+=看作平衡态。
* dW=Ydy 体积有dV 的变化时，外界对系统做的功为-PdV配分函数：热力学性质（内能、熵、自由能）玻尔兹曼 系统内能U,广义力Y,P=-Y ：Zy N NU ln Y lnZ ∂∂-=∂∂-=ββ熵:定域系统熵计算： ：不可分辨粒子熵计算：⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂⋅-⋅=ββZ N eZNk S ln ln 自由能为F=U-TS=。
热力学与统计物理学课程教学大纲
Thermodynamic Properties of HomogeneousMatter
2.1 热力学函数的全微分Full Differential of Thermodynamic Functions
2.2麦氏关系的简单应用Simple application of Maxwell functions
第三章 单元系的相变
Transition of Single Element System
3.1热动平衡判据 Criterion of Thermodynamic Equilibrium
3.2 开系的热力学基本方程 Thermodynamic Functions in Open System
3.3 单元系的复相平衡条件 Equilibrium Condition of Multi-Phase
1.9理想气体的卡诺循环CarnotCycleof Ideal Gas
1.10热力学第二定律 The Second Law
1.11卡诺定理CarnotPrinciple
1.12热力学温标Thermal Temperature
1.13克劳修斯等式和不等式ClausiusEquation
1.14熵和热力学基本方程 Entropy andThermodynamic Functions
第六章 近独立粒子的最概然分布
Most Probable Distributionsof Independent Particles
6.1粒子运动状态的经典描述Classical Description of Kinetic State
6.2粒子运动状态的量子描述Quantum Description of Kinetic State
(完整word版)热力学与统计物理总复习提纲
导言热力学和统计物理学的任务：研究热运动的规律，研究与热运动有关的物性及宏观物质系统的演化热力学是热运动的宏观理论，通过对热现象的观测、实验和分析，人们总结出热现象的基本规律。
统计物理学是热运动的微观理论，统计物理学从宏观物质系统是由大量微观粒子所构成这一事实出发，认为物质的宏观性质是大量微观粒子的性质的集体表现，宏观物理量是微观物理量的统计平均值。
热力学和统计物理学研究方法是不同的：热力学是热运动的宏观理论。
它以由观察和实验总结出的几个基本定律为基础，经过严密的数学推理，来研究物性之间的关系。
统计物理学是依据微观粒子遵循的力学规律，找出由大量粒子组成的系统在一定的宏观条件下所遵从的统计规律，并用概率统计的方法求出系统的宏观性质及其变化规律。
第一章 热力学的基本规律1、物态方程（理想气体物态方程、范氏方程）理想气体物态方程：nRT V =p （n 表示的是mol 数）范式方程：()nRT nb V V an =-⎪⎪⎭⎫⎝⎛+22p （n 表示的是mol 数）2、热力学第一定律文字表述、数学表述、实质文字表述：（1）第一类永动机是不可能实现的 （2）能量守恒定律，即自然界一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，可以从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递到另一个物体，在传递和转化中能量的数量不变数学表述：ΔQ W U +=在绝热条件下，Q =0：Δ绝热W U =而在绝功条件下，W =0:Δ绝功Q U =实质：能量守恒和转换原理在热力学中的具体体现3、热容量：等容热容量、等压热容量（3种表示，分别用热量、熵、内能焓）等容热容量：V T U C ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=v (热量表示) V V T S T C ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=(熵) VVT H C ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=（内能焓表示） 等压热容量：p p p ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=T V T U C P (热量表示) p p ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=T H C （内能焓表示） pp ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=T S T C (熵) 4、理想气体的内能只是温度的函数（掌握自由膨胀实验特点：迅速，来不及与外界交换热量；向真空膨胀，外压为0的膨胀，所以系统不对外做功）理想气体内能函数的积分表达式为：⎰+=0v d U T C U 理想气体的焓为：RT U V U H n p +=+=理想气体的焓的积分表达式为：⎰+=0p d H T C H 理想气体的等压热容量与等容热容量之差：R C C n -v p = 等压热容量与等容热容量之比：vp C C =γ 1-n 1-n v γγγRC R C P ==∴， 5、理想气体的绝热过程，过程方程理想气体准静态绝热过程的微分方程：0d p dp 0pd dp =+=+VVV V γγ或理想气体的温度在过程中变化不大，可以把γ看做常数。
热力学统计物理内容及要求
热力学统计物理内容及要求第一章热力学的基本规律（重点）1 热平衡定律和温度：热力学平衡态和状态参量；热力学第零定律、温度和温标2 物态方程：响应函数；理想气体状态方程；实际气体状态方程；固体状态方程3 热力学第一定律和内能：准静态过程；功；焦耳实验和内能；热力学第一定律；理想气体的内能；理想气体多方过程4 热力学第二定律的文字叙述：实际热力学过程的不可逆性；热力学第二定律的文字叙述及等价性的证明；热力学第二定律的含义及其实质5 卡诺定理和热力学温标：卡诺定理及其推论的文字叙述证明；卡诺定理及推论的重要性；热力学温标6 熵和热力学第二定律的普遍表述：克劳修斯等式和不等式；熵；理想气体的熵；热力学第二定律的普遍表述；熵增加原理；热力学第二定律的适用范围。
7 熵增加原理的简单应用：不可逆过程前后熵变的计算；熵增加原理的简单应用；8、自由能和吉布斯函数：它们的定义和物理意义；最大功原理。
第二章均匀物质的热力学性质（重点）1 内能、焓、自由能、吉布斯函数全微分，勒让德变换；2 麦克斯威关系的简单应用麦克斯威关系；能态方程与焓态方程；热容差；气体的节流过程3 特性函数特性函数；特性函数计算；表面系统的特性函数4 平衡辐射热力学黑体及黑体辐射；平衡辐射热力学；斯特藩定律；光测高温学。
5 绝热去磁致冷；低温的获得磁介质热力学，绝热去磁致冷；常见获得低温方法重点：麦克斯威关系及其简单应用第三章单元系的相变1 热动平衡判据熵判据；自由能判据；吉布斯判据；均匀系统的热动平衡条件和平衡的稳定性条件2 开系的热力学基本方程开系的热力学基本方程；化学势；多元系的热力学函数。
3单元复相系的平衡条件和平衡性质单元系和多元系的复相平衡条件；单元系的相图；克拉珀龙方程；4 气液相变的特点气——液相变特点；麦克斯威等面积法则；液滴的形成5 相变分类和临界现象及临界指数相变分类；临界现象；临界指数重点：熵判据；自由能判据；吉布斯判据；开系的热力学基本方程；化学势第四章多元系的复相平蘅和化学平衡1 多元系的热力学函数和热力学方程2 多元系的复相平衡条件（1）化学平衡条件（2）热力学第三定律文字叙述；适用范围；低温物体的性质第五章不可逆过程热力学简介1 局域熵产生率局域熵概念；局域熵产生率及计算公式；2 昂萨格关系动理方程，昂萨格关系，昂萨格关系的微观意义3 温差电现象温差电现象；开尔文第一、第二关系；珀尔帖效应；不可逆过程热力学处理问题的一般步骤第六章近独立粒子的最概然分布（重点）1、概率分布函数随机事件及概率、概率分布函数、统计平均值及涨落、多个随机变量的联合概率分布及相关矩2粒子运动状态的经典和量子描述粒子运动状态的经典描述；空间和相轨道；粒子运动的量子描述；态密度及其计算3系统微观状态的描述系统微观状态的经典描述和г空间；系统微观状态的量子描述；全同性原理；近独立全同粒子体系状态的描述4 等概率原理统计物理的基本观点；等概率原理5 分布和微观状态分布和微观状态；玻尔兹曼系统及微观状态数；玻色系统及微观状态数；费米系统及微观状态数；经典统计中的分布和微观状态数；6 玻尔兹曼分布、玻色分布和费米分布拉格朗日条件极值法；玻尔兹曼分布公式的推导；玻尔兹曼分布公式的物理意义和适用条件；玻色分布和费米分布；三种分布的关系重点：（1）概率分布函数、统计平均值等有关概念及计算（2）粒子和系统微观状态的描述以及空间和г空间，态密度等重要概念；（3）等概率原理；（4）玻尔兹曼分布、波色分布、费米分布的推导和物理意义，三种分布的关系。
重庆市考研物理学复习资料热力学与统计物理重点知识点总结
重庆市考研物理学复习资料热力学与统计物理重点知识点总结热力学与统计物理是物理学中非常重要的一个分支，它研究了宏观系统的热学性质以及微观粒子的统计规律。
在考研物理学中，热力学与统计物理是必修的内容，也是考试中的重点。
本文将为大家总结热力学与统计物理的重点知识点，希望能够帮助大家更好地复习。
一、热力学1. 热力学基本概念热力学的基本概念包括系统、状态、平衡、过程等核心概念。
系统是研究对象，可以分为封闭系统、开放系统和孤立系统；状态是系统的宏观性质的描述，可以用状态方程来表示；平衡是指系统各部分之间不存在宏观的可观测变化；过程是系统从一个平衡态转变到另一个平衡态的变化过程。
2. 热力学基本定律热力学基本定律包括零th定律、第一定律、第二定律和第三定律。
零th定律讲述了温度的概念和等温过程的特点；第一定律讨论了能量守恒的规律；第二定律指出了热力学过程的方向性，包括卡诺定理、熵增原理等；第三定律描述了绝对零度的性质和系统的熵与温度的关系。
3. 热力学循环与热机热力学循环是指系统在经历一系列过程后回到原始状态的过程，常见的热力学循环有卡诺循环和斯特林循环等；热机是指将热能转化为有用功的装置，根据工作物质的不同可以分为理想气体热机和实际气体热机等。
二、统计物理1. 统计物理基本概念统计物理中的基本概念包括微观态与宏观态的对应关系、分布函数与密度矩阵的概念、统计物理的基本假设等。
其中，微观态与宏观态的对应关系是统计物理的核心基础，通过统计来描述系统的宏观性质。
2. 经典统计物理经典统计物理基于经典力学和玻尔兹曼统计，研究宏观系统的统计规律。
重点知识点包括正则系综与巨正则系综、玻尔兹曼分布和费米-狄拉克分布、热力学极限等。
3. 量子统计物理量子统计物理基于量子力学和玻尔兹曼统计，研究微观粒子的量子统计规律。
重点知识点包括正则系综与巨正则系综的量子版本、波尔兹曼分布和费米-狄拉克分布的量子推导、统计算符的概念等。
三、热力学与统计物理的应用1. 热力学在工程中的应用热力学在工程领域中有着广泛的应用，包括热力学循环的应用、热力学系统的工程优化等。
热力学统计物理知识点
热力学讲稿导言1、热运动：人们把组成宏观物质的大量微观粒子的无规则运动称为热运动。
热力学和统计物理的任务：研究热运动的规律、与热运动有关的物性及宏观物质系统的演化。
热力学方法的特点：热力学是热运动的宏观理论。
通过对热现象的观测、实验和分析，总结出热现象的基本规律。
这些实验规律是无数经验的总结，适用于一切宏观系统。
热力学的结论和所依据的定律一样，具有普遍性和可靠性。
然而热力学也有明确的局限性，主要表现在，它不能揭示热力学基本规律及其结论的微观本质和不能解释涨落现象。
统计物理方法的特点：统计物理学是热运动的微观理论。
统计物理从物质的微观结构和粒子所遵从的力学规律出发，运用概率统计的方法来研究宏观系统的性质和规律，包括涨落现象。
统计物理的优点是它可以深入问题的本质，使我们对于热力学定律及其结论获得更深刻的认识。
但统计物理中对物质微观结构所提出的模型只是实际情况的近似，因而理论预言和试验观测不可能完全一致，必须不断修正。
热力学统计物理的应用温度在宇宙演化中的作用：简介大爆炸宇宙模型；3k宇宙微波背景辐射。
温度在生物演化中的作用：恐龙灭绝新说2、参考书（1）汪志诚，《热力学·统计物理》（第三版），高等教育出版社，2003（2）龚昌德，《热力学与统计物理学》，高等教育出版社，1982（3）朗道，栗弗席兹，《统计物理学》，人民教育出版社1979（4）王竹溪，《热力学教程》，《统计物理学导论》，人民教育出版社，1979（5）熊吟涛，《热力学》，《统计物理学》，人民教育出版社，1979（6）马本昆，《热力学与统计物理学》，高等教育出版社，1995（7）自编讲义作者介绍：汪志诚、钱伯初、郭敦仁为王竹溪的研究生（1956）；西南联大才子：杨振宁、李政道、邓稼先、黄昆、朱光亚；中国近代物理奠基人：饶毓泰、叶企孙、周培源、王竹溪、吴大猷：中国物理学会五项物理奖：胡刚复、饶毓泰、叶企孙、吴有训、王淦昌。
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热力学系统、外界、孤立系统、封闭系统和开放系统；热力学平衡态及其四个特点，状态函数和状态参量，四类状态参量；简单系统，均匀系、相、单相系和复相系；系统的非平衡状态描述；热力学量的单位；1.2热平衡定律和温度绝热壁和透热壁、热接触、热平衡、热平衡定律（热力学第零定律）；处于热平衡的两个热力学系统分别存在一个状态函数，而且这两个状态函数的数值相等，这个态函数就是温度； 考虑三个简单系统A,B,C当A 和C 处于热平衡时，有0),;,(=C C A A AC V p V p f ⇒);,(C A A AC C V V p F p = 当B 和C 处于热平衡时，有0),;,(=C C B B BC V p V p f ⇒);,(C B B BC C V V p F p =由于C C p p =，即);,(C A A AC V V p F );,(C B B BC V V p F = （1.1） 又由热平衡定律有，0),;,(=B B A A AB V p V p f （1.2） (1.1)与（1.2）为同一结果，说明（1.1）中两边的C V 可以消去，即可以简化为),(A A A V p g ),(B B B V p g = （1.3）A BCA BC)(a )(b 1p 1V 2p 2V )(b 1p 1V 2p 2V )(a（1.3）说明互为热平衡的两个热力学系统A 和B 分别存在一个状态函数A g 和B g ，而且这两个状态函数的数值相等，这个态函数就是温度),(V p g 。
热力学统计物理各章重点总结
第一章概念1.系统:孤立系统、闭系、开系与其她物体既没有物质交换也没有能量交换的系统称为孤立系;与外界没有物质交换,但有能量交换的系统称为闭系;与外界既有物质交换,又有能量交换的系统称为开系;2.平衡态平衡态的特点:1、系统的各种宏观性质都不随时间变化;2、热力学的平衡状态就是一种动的平衡,常称为热动平衡;3、在平衡状态下,系统宏观物理量的数值仍会发生或大或小的涨落;4、对于非孤立系,可以把系统与外界合起来瞧做一个复合的孤立系统,根据孤立系统平衡状态的概念推断系统就是否处在平衡状态。
3.准静态过程与非准静态过程准静态过程:进行得非常缓慢的过程,系统在过程汇总经历的每一个状态都可以瞧做平衡态。
非准静态过程,系统的平衡态受到破坏4.内能、焓与熵内能就是状态函数。
当系统的初态A与终态B给定后,内能之差就有确定值,与系统由A到达B所经历的过程无关;表示在等压过程中系统从外界吸收的热量等于态函数焓的增加值。
这就是态函数焓的重要特性克劳修斯引进态函数熵。
定义:5.热容量:等容热容量与等压热容量及比值定容热容量:定压热容量:6.循环过程与卡诺循环循环过程(简称循环):如果一系统由某个状态出发,经过任意一系列过程,最后回到原来的状态,这样的过程称为循环过程。
系统经历一个循环后,其内能不变。
理想气体卡诺循环就是以理想气体为工作物质、由两个等温过程与两个绝热过程构成的可逆循环过程。
7.可逆过程与不可逆过程不可逆过程:如果一个过程发生后,不论用任何曲折复杂的方法都不可能使它产生的后果完全消除而使一切恢复原状。
可逆过程:如果一个过程发生后,它所产生的后果可以完全消除而令一切恢复原状。
8.自由能:F与G定义态函数:自由能F,F＝U－TS定义态函数:吉布斯函数G,G=U-TS+PV,可得GA－GB－W1定律及推论1.热力学第零定律－温标如果物体A与物体B各自与外在同一状态的物体C达到热平衡,若令A与B进行热接触,它们也将处在热平衡。
热力学统计关系知识点
热力学统计关系知识点热力学统计关系是研究热力学和统计物理之间的关联和联系的重要领域。
它通过建立热力学定律与分子动力学统计理论之间的对应关系，从而揭示了热力学规律的微观基础。
在本文中，我们将介绍热力学统计关系的基本概念和重要性，以及几个常见的热力学统计关系。
一、热力学统计关系的概念和意义热力学统计关系是研究宏观热现象和微观粒子之间的相互关系的理论体系。
它通过对物质的微观状态进行统计，从而揭示了热力学规律和宏观性质的微观基础。
热力学统计关系既包括了宏观热力学的定律，又融入了分子动力学统计理论的观点，更完整地描述了物质的热学性质。
热力学统计关系的意义在于它为我们理解和解释宏观热现象提供了强有力的工具。
它能够从微观的角度解释热力学定律，为实际问题的分析提供了理论基础。
通过热力学统计关系，我们可以计算系统的热力学性质，如温度、压强、熵等。
同时，热力学统计关系也揭示了物质的微观结构和能量转化的本质，为探索新的热学现象和发展新的技术提供了理论指导。
二、热力学统计关系的基本公式1. 统计力学基本假设热力学统计关系的基础是统计力学的基本假设。
统计力学假设物质的微观粒子服从玻尔兹曼分布或费米-狄拉克分布或玻色-爱因斯坦分布。
根据不同的粒子性质，我们可以通过不同的分布函数来描述粒子的能级和粒子数之间的关系。
2. 统计力学基本公式根据统计力学的基本假设，我们可以推导出一系列的统计力学公式。
其中最重要的是配分函数（partition function），它描述了系统的能级和粒子数之间的关系。
配分函数与系统的热力学性质密切相关，可以通过配分函数计算出系统的平均能量、熵等。
3. 系综理论系综理论是热力学统计关系的一种重要方法。
它将统计力学的基本公式和热力学的定律结合起来，从而描述了大量微观粒子组成的宏观系统的热力学性质。
系综理论可以根据系统的特性选择不同的系综，如正则系综、巨正则系综等，从而计算出系统的平均能量、温度、压强等。
热力学与统计物理知识点,考试必备
热力学与统计物理知识点,考试必备第一篇：热力学与统计物理知识点,考试必备体胀系数α=1⎛∂V⎫⎪V⎝∂T⎭p压强不变，温度升高1K所引起的物体体积的相对变化。
体积不变，温度升高1K所引起的物体压强的相对变化。
压强系数β1⎛∂P⎫=⎪⎝⎭V等温压缩系数：κT=-1⎛∂V⎫⎪V⎝∂P⎭T温度不变，增加单位压强所引起的物体体积的相对变化。
α=-βκT卡诺定理：所有工作于两个一定温度之间的热机，以可逆机的效率最高。
证明：设有两个热机A和B。
它们的工作物质在各自的循环中，分别从高温热源吸取热量Q1和Q1’，在低温热源放出热量Q2和Q2’，对外做功W和W’。
它们的效率分别为ηa=W/Q1ηb= W’/Q1’假设A为可逆机，我们要证明ηa≥ηb。
证明：假设Q1=Q1’，假设定理不成立，即如果ηa＜ηb，则由Q1=Q1’可知W’＞W。
A既然是可逆机，而W’又比W大，就可以利用B所作的功的一部分（等于W）推动A反向运行A将接受外界的功，从低温热源吸取热量Q2，在高温热源放出热量Q1。
在两个热机的联合循环终了时，两个热机的工作物质恢复原状，高温热源也没有变化，但却对外界做功W’—W。
这功显然是由低温热源放出的热量转化而来的。
因为根据热力学第一定律有W=和W’=Q1’—Q2’ 而Q1=Q1’，两式相减得W’—W= Q2—Q2’ 这样，两个热机的联合循环终了时，所产生的唯一变化就是从单一热源（低温热源）吸取热量Q2—Q2’而将之完全变成了有用的功。
这与热力学第二定律的开氏表述相违背，因此不能有ηa＜ηb而必须有ηa≥ηb。
证毕。
从卡诺定理可得：所有工作于两个一定温度之间的可逆热机，其效率相等。
热了力学第一定律：自然界一切物体都具有能量，能量有各种不同形式，它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递过程中能量的总和不变数学表达式UA—UB=W+Q意义：系统在终态B和初态A的内能之差UA—UB等于在过程中外界对系统所作的功与系统从外界吸收的热量之和。
热力学和统计物理学
热力学和统计物理学热力学是物理学的一个分支，研究能量转化与能量守恒的规律，以及物质系统的性质和行为。
统计物理学是热力学的延伸，它研究微观粒子的行为，并通过统计方法来揭示物质的宏观性质。
本文将简要介绍热力学和统计物理学的基本概念和关键内容。
一、热力学的基本概念热力学研究的对象是宏观物质系统，强调系统与外界的能量交换和守恒。
热力学第一定律是能量守恒定律，指出能量可以从一个系统传递到另一个系统，但总能量保持不变。
第二定律是热力学的核心，包括熵增原理和热力学箭头。
熵增原理指出孤立系统的熵永远不减，在自然过程中总是增加或保持不变。
热力学箭头则指出热量只能从高温物体传递到低温物体，不可能自动从低温物体传递到高温物体。
二、统计物理学的基本概念统计物理学研究微观粒子的行为，通过统计方法来揭示宏观物质性质。
统计物理学的核心是研究系统的物态密度，它描述了系统中粒子的能量分布。
物态密度与热力学量之间存在密切联系，通过物态密度可以计算熵、内能和压力等重要物理量。
统计物理学中的玻尔兹曼分布和费米-狄拉克分布描述了粒子在不同能级上的分布情况，从而揭示了系统的热力学性质。
三、热力学和统计物理学的关系热力学和统计物理学是密不可分的。
热力学描述了宏观系统的能量转化和性质变化，而统计物理学则从微观粒子的行为出发，解释了这种宏观行为的本质。
两者相辅相成，在研究物质系统时都起到了重要作用。
热力学提供了宏观的物理量和状态方程，而统计物理学则通过微观粒子的统计规律，解释和预测了热力学的结果。
四、应用领域热力学和统计物理学的应用广泛，涉及材料科学、化学、生物学和天体物理学等领域。
在材料科学中，热力学和统计物理学可以用来研究材料的相变行为和热导率等性质。
在化学中，它们可以解释化学反应的热效应和平衡常数。
在生物学中，热力学和统计物理学有助于理解生命现象和蛋白质的折叠过程。
在天体物理学中，热力学和统计物理学可以解释天体物质的行为和演化。
结语热力学和统计物理学是物理学中重要的两个分支，它们的发展推动了科学的进步和技术的发展。
热力学统计物理复习总结
热力学统计物理复习总结首先，我们来回顾一下热力学的基本概念。
热力学是研究能量转化和宏观物质性质的学科，通过引入一些基本宏观物理量，如温度、压强、体积等，建立了一套描述系统性质的定律。
其中，最重要的是热力学第一定律和第二定律。
热力学第一定律表达了能量守恒的原理，即能量既不能被创造也不能被破坏，只能从一个物体传递到另一个物体或在物体内部转化。
热力学第二定律则规定了自然界的一些不可逆过程不能自发地逆转，即熵的增加原理。
熵是描述系统的无序程度的物理量，它的增加是热力学过程不可逆的本质原因。
接下来，我们来看一下统计物理的基本概念。
统计物理是研究微观粒子的统计规律和宏观物质性质的学科。
它基于统计学的方法，通过对大量微观粒子的集体行为进行平均和统计，推导出一些宏观物理量的统计规律。
统计物理中最重要的概念是微观状态、宏观状态和分布函数。
微观状态是指系统中每个粒子的具体状态，包括位置、动量等信息；宏观状态则是指宏观物理量的取值，如温度、压强等；分布函数则是描述系统微观状态的概率分布函数，可以通过对分布函数的积分平均得到宏观物理量。
在统计物理中，最基本的理论是正则系综理论。
正则系综理论通过引入系统的配分函数和Boltzmann分布来描述系统的统计行为。
配分函数是描述系统所有可能微观状态的重要物理量，它的对数称为Helmholtz自由能，与热力学中的自由能概念相对应。
Boltzmann分布则给出了系统处于一些微观状态的概率与该状态的能量有关。
通过对配分函数和Boltzmann分布的计算和分析，我们可以得到系统的各种宏观物理量的表达式，如平均能量、熵、温度等。
除了正则系综理论，还有其他一些重要的统计物理理论，如巨正则系综理论和配分函数的统计定义。
巨正则系综理论是用来描述开放系统的统计行为的理论，其中引入了化学势和粒子数的概念。
配分函数的统计定义是一种基于信息论的方法，通过量子力学的观点重新定义了配分函数和微观状态的概念，对于处理量子系统和非平衡态问题非常有用。
热力学与统计物理学的建立
1840年12月，他在英国皇家学会上宣读了关于电流生热的论文，提出了电流通过导体产生热量的定律；被称为焦耳—楞茨定律。焦耳的主要贡献是他钻研并测定了热和机械功之间的当量关系。
五、焦耳对热功当量的测定
五、焦耳对热功当量的测定
1849年6月21日，他通过法拉第把论文《论热的机械当量》送交皇家学会。在这篇论文中，焦耳全面地整理了他用摩擦水、水银和铸铁的方法测量热功当量的实验结果，得出两个重要结论：
第二节 能量转化与守恒定律的确立
运动不灭思想的发展与永动机的失败 对能量守恒原理的具体认识，是力学的研究中开始提出来的，一直被称为“活力守恒定律”。 伽利略、惠更斯、莱布尼茨和D．伯努利等人对这一定律的建立都做出过自己的贡献。到了十八世纪后半叶，欧勒已经认识到，在有心力作用下从一个定点开始运动的质点，在它通过任意途径到达离辏力中心有同样距离的任何位置时，其活力都是相等的。
二、测温学的发展
二、测温学的发展
第一支实用的温度计是荷兰的吹玻璃工匠华伦海特（公元1686—1736）制成的。从1709年他开始制作一个酒精温度计。在了解到阿蒙顿（公元1663－1705）利用水银改造了早期的温度计后，他也开始制造水银温度计。他把冰水、氨水和盐的混合物平衡温度定为00F，冰的熔点定为320F，而人体的温度定为960F。1724年后，他又把水的沸点划在2120F上。
二、测温学的发展 法国博物学家勒奥默（公元1683一1757）认为水银膨胀系数小，所以致力于制造酒精温度计。为了消除刻度不一致的困难．他只取一个定点，即雪的熔点为00R，。而把酒精体积改变为1／1000的温度变化作为10R。这样水的沸点就为800R。这种刻度法被称为勤氏温标。
在英国、美国华氏温标占优势，勒氏温标在德国被普遍使用，在法国摄氏温标占优势。而科学界普遍采用摄氏温标。
热力学与统计物理课程大纲浅析
热力学与统计物理课程大纲浅析热力学与统计物理是物理学中非常重要的一个分支，它研究了物质的热力学性质和微观结构与宏观性质之间的关系。
这门课程主要介绍了热力学和统计物理的基本概念、定律和应用，对于物理学专业的学生来说具有重要的理论与实践意义。
下面我们来浅析一下这门课程的大纲，了解一下它的教学内容和目标。
大纲第一部分是关于热力学的基本概念和定律。
在这部分内容中，学生将会学习热力学的基本概念，包括热力学系统、热平衡、热力学过程等。
学生也将会学习热力学的基本定律，包括热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律等。
通过这部分的学习，学生将对热力学的基本理论有一个清晰的认识，为后续的学习打下基础。
大纲第三部分是关于热力学与统计物理的应用。
在这部分内容中，学生将会学习热力学与统计物理在实际问题中的应用，包括理想气体的热力学性质、相变与相图、热容和热传导等。
通过这部分的学习，学生将会了解热力学与统计物理在不同领域的应用，并具备一定的解决实际问题的能力。
热力学与统计物理课程的大纲涵盖了热力学的基本概念和定律、统计物理的基本概念和理论、热力学与统计物理在实际问题中的应用、计算机模拟与实验方法、热力学与统计物理的前沿研究和应用等内容。
通过这门课程的学习，学生将会对热力学与统计物理有一个全面系统的认识，为将来的学术研究和工程应用打下坚实的基础。
除了学习内容外，热力学与统计物理课程还注重培养学生的实际动手能力和团队合作精神。
在课程实践环节中，学生将会有机会动手操作仪器，进行计算机模拟和实验研究，培养自己的实验技能和科学研究能力。
在团队作业和项目中，学生将会与同学们合作，共同解决热力学与统计物理的问题，培养自己的团队精神和合作能力。
热力学与统计物理课程是物理学专业学生不可或缺的一门重要课程。
通过这门课程的学习，学生将能够掌握热力学与统计物理的基本理论和实际应用，具备解决实际问题的能力，为将来的学术研究和工程应用做好充分的准备。
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U—内能，状态函数
能量守恒和转化定律是自然界基本规律，恩格斯曾将 它和进化论、细胞学说并列为19世纪的三大发现。
热力学第二定律的建立
热力学第一定律确定了一个封闭系统的能量 是一定的，确定了各种形式能量之间转化的当 量关系。但它对能量转化过程所进行的方向和 限度并未给出规定和判断。比如热不会自动地 由低温传向高温，过程具有方向性。这就导致 了热力学第二定律的出台。德国的克劳修斯、 英国的威廉•汤姆逊（即开尔文）和奥地利的玻 尔兹曼等科学家为此做了重要贡献。1917年，德 国能斯特进一步提出“绝对零度是不可能达到 的”热力学第三定律。
戴维
1799年，戴维作了在真空容器中两 块冰摩擦而融化的实验。按热质说观 点，热量来自摩擦挤出的潜热而使系 统的比热变小，但实际上水的比热比 冰的还要大。 伦福德和戴维的实验给热质说以 致命打击，为热的唯动说提出了重要 的实验证据。
戴 维
保守地说，伦福德和戴维的实验只是指 出了热质说的困难，但并没有证明热质是不 存在的。况且，他们也没有提出一套新的建 设性的学说来取代热质说，去解释那些热质 说可以很好解释的热现象。因此，热质说还 延续了相当的一段时间。光和热的类比使人 们相信，不仅光是一种物质微粒，热也是一 种物质。光的波动说的确立，有助于热质说 的消亡，而能量守恒定律则使热之唯动说真 正取代热质说。
焦尔测量热功当量的一种实验装臵 --------浆叶实验
3.海尔曼•亥姆霍兹(Hermann Helmholtz , 1821-1894) 1821年8月31日生于德国 波茨坦，1838年考入柏林雷德 里克•威廉皇家医学院，1842 年毕业后担任了军医，并开始 进行物理学研究。1847年，在 不了解迈尔等人工作的情况下， 提出了能量守恒和转化定律。 1871年起，在柏林大学任物理 学教授，1888年任夏洛腾堡物 理技术研究所所长。
永动机的研究
永动机的研究是导致能量守恒原理建立的另一个重要线 索。 早期最著名的一个永动机设计方案，是十三世纪的法国 人亨内考(Villard de Honnecourt)设计的。如下图(左)所示。 后来列奥多也设计了一台类似的装臵，如下图(右)。
热力学第一定律的表述
第一种表述为：自然界一切物质都具有能量，能量有 各种不同的形式，能够从一种形式转化为另一种形式，从 一个物体传递给另一个物体，在转化和传递中能量的数量 不变。 第二种表述为：第一种永动机是不可能造成的。 数学表达式为：U2-U1=Q+A
2.焦耳(James Prescott Joule,1818-1889)
焦耳(1818-1889)是英国著名的实验物理 学家，家境富裕。16岁在名家道尔顿处学习， 使他对科学浓厚兴趣。 焦 1840年发现:“产生的热量与导体电阻和 耳 像 电流平方成正比”并发表于《论伏打电所产 生的热》论文中，这就是著名的焦耳——楞 次定律。 1843年进行了感应电流产生的热效应和 电解时热效应的实验，，写了两篇关键性论 文《论磁电的热效应和热的机械值》和《论 水电解时产生的热》，明确指出：“自然界 的能是不能消灭的，哪里消耗了机械能，总 能得到相应的热，热只是能的一种形式。”
1842年撰文《论无机界的力》，被一向注意各 种力之间关系的李比希发表于他主编的《化学 和药学年刊》上。 在这篇文章中，迈尔从“无中生有，有中生无” 和“原因等于结果”等哲学观点出发，表达了 物理、化学过程中的力（能量）的守恒思想。 考察了用“下落力”转化为运动来论证力的转 化和守恒。 在这篇文章的末尾，提出了建立不同的力之间 数值上的当量关系的必要性。“例如我们应确 定，为把与该物体重量相等的水从0℃加热到 1℃，应该把这个重物生起多高”。
能量转化与守恒思想的萌发
1830年，法国萨迪〃卡诺： “准确地说，它既不会创生也 不会消灭，实际上，它只改变 了它的形式。” 不幸卡诺于 1832年去世，享年36岁。 卡诺的这一思想，在1878年才 由其弟弟整理发表，但热力学 第一定律已建立27年。
卡 诺 像
确立能量转化与守恒定律的三位科学家 最终完成能量守恒和转换的精确形式， 是三个并非搞物理研究并干着不同工作的 人，他们是德国26岁的青年医生迈尔 （1814-1878），英国曼彻斯特一个啤酒厂 的厂主，22岁的焦耳(1818-1889)和26岁的 德国军医亥姆霍兹(1821-1894)。
1845年自费出版了《论有机运动以及它们与 新陈代谢的关系》。文中写道：“力的转化与守 恒定律是支配宇宙的普遍规律。” 并具体考察 了5种不同形式的力：运动的力（即动能）、下 落力（即重力势能）。热力、磁和电、化学力。 并列举了这些“力”之间相互转化的25种形式。 迈尔是将热学观点用于有机世界研究的第一 人。 恩格斯对迈尔的工作给予很高的评价。
产生的背景
电和磁的转化：1）1820年奥斯特关于电流的磁效 应的发现。2）1831年法拉第关于电磁感应现象的发 现完成了电和磁间的相互转化。 电和化学能的转化：1800年伏打制成“伏打电堆” 及利用伏打电流进行电解，从而完成了化学运动和电 运动的相互转化运动。
化学反应和热：1840年彼得堡科学院的黑斯 （G.H.Hess)提出关于化学反应中释放热量的定律：在一 组物质转变为另一组物质的过程中，不管反应是通过 那些步骤完成的，释放的总热量是恒定的。
4.热的唯动说的确立
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丹尼尔〃伯努利的《流体动力学》把 热归结为分子的相互排斥。他利用数学推 理，成功地推导了波义耳和马略特定律。 ������ 焦耳确立了热功当量，以及能量守恒 与转化定律的提出，才牢固地确立了热的 唯动说。
热力学第一定律的建立产生的背景
热能和机械能的转化 1）伦福德和戴维的实验证明机械能向热能的转化。 2）蒸汽机的发明和改进→热能向机械能的转化。 热和电的转化 1）德国物理学家塞贝克（Thomas Johann Seebeck) 于1821年实现了热向电的转化。 2）电转化为热：1834年，法国的帕尔帖（Peltier) 发现当有电流通过时，结点处发生温度变化。1840 年和1842年，焦耳和楞次分别发现了电流转化为热 的定律。
优先权之争
综上所述，迈尔、焦耳、亥姆霍兹均对能量 转化和守恒定律的建立做出了不可磨灭的贡献。 事实上，从论文发表的时间上讲，迈尔占先，从 提供确凿的实验证据上讲，焦耳占先，从全面而 精确地阐明这一原理上讲，亥姆霍兹占先。因此， 他们共同确立了这个19世纪的重要发现。 但是关于这一原理的表述并不完善，恩格斯指 出，运动的不灭性不能仅仅从数量上去把握，还 应从质的转化上去理解。于是恩格斯将这一原理 称之为“能量转化和守恒定律”。
瓦 特 发 明 的 蒸 汽 机
瓦特
热本质的认识
1.热质说，即认为热是一种看不见无重量的物质。
英国化等人提出了热质(素)说。这种学说认 为：热是一种流体，它可以渗透到物体中 去并在热交换中从一个物体流向另一个物 体；加热就是给一定物体增加热质，而冷 却则是从该物体放出热质；尽管在热交换 前后，热质在不同物体中的含量有所改变， 但它们的总量是守恒的。
戴维（Humphrey Davy，1778-1829，英国化学家）
伦福德的看法引起了正在新创办 的皇家学院任教的戴维（1778—1829 年）的兴趣，这位未来的大化学家当 时只有21岁。他精心设计了一个更有 说服力的实验以证实伦福德的观点： 在一个绝热装臵里，让两块冰相互摩 擦，结果两块冰都融化了。虽然有些 科学史家认为戴维的实验是不成功的， 冰实际上是因为装臵漏热才融化的， 但当时人们确实认可了他的实验，并 认为该实验是对伦福德实验的进一步 深化。
§1.热学现象的初期研究
3.“热质说”的否定
伦 福 德 像
1798年伦福德 (Count Rumford,英国) 由钻头加工炮筒时产 生热的现象，得出热 是物质的一种运动形 式。
热之唯动说：伦福德伯爵
本杰明〃汤普森（1753—1814年）生于美国的 马萨诸塞州的北沃本恩其人从小没受过什么教育， 13岁时在一家小店当学徒，因自制焰火而发生爆炸， 本人险些丧命。独立战争爆发时，他站在英国王室 一边，反对美国独立。战争以美国人民的胜利告终， 汤普森只好背井离乡，随英军来到英国。在英国没 呆多久，汤普森就感到没劲，于1783年去了德国， 在巴伐利亚选帝侯手下任要职。1790年，这位选帝 侯准备封他为伯爵，请他自己定封号，汤普森选择 了他妻子的出生地美国新罕布什尔州的伦福德作为 封号，从此人们就叫他伦福德伯爵。
确立能量转化与守恒定律的三位科学家
1.德国的迈尔 罗伯特•迈尔（Robert Mayer,1814-1878)迈尔，1814 出生于德国海尔布隆一个药 剂师家庭，1832年进入蒂宾 根大学医学系学习，1838年 完成医学博士学位论文答辩， 获医师执照而开始行医。
迈 尔 像
1840年-1841年担任开往东印度的荷兰轮船的随 船医生。在一次驶往印度尼西亚的航行中，给生病 的船员做手术时，发现血的颜色比温带地区的新鲜 红亮，这引起了迈尔的沉思。 他认为，食物中含有的化学能，可转化为热能， 在热带情况下，机体中燃烧过程减慢，因而留下了 较多的氧。迈尔的结论是：“因此力（能量）是不 灭的，而是可转化的，不可称量的客体”。
1798年，伦福德在慕尼黑一家兵工厂监督 大炮镗孔工作。他在一个偶然的机会发现， 被加工的黄铜炮身在短时间内得到了相当多 的热量，而被刀具刮削下来的金属屑的温度 更高，超过了水的沸点。 摩擦生热的实验促使他得出了热是一种运 动的结论。他在《伦敦哲学学报》上发表文 章说：“热不可能是一种物质的实体，它只 可能是运动。”
亥 姆 霍 兹 像
亥姆霍兹认为，大自然是统一的，自然力(即 能量)是守恒的。1847年，发表著名论文《论力的 守恒》，阐述了有心力作用下机械能守恒原理： “在质点之间的吸引力和排斥力作用下质点的所有 运动中，如果吸引力和排斥力的强度只与距离有关， 那么张力在量上的损失始终等于活力的增加，反之 张力的增量始终等于活力的损失。因而，所有活力 和张力之和始终是一个常数。这条具有最普遍形式 的定律，可称为力的守恒原理。”这里活力是动能， 张力是势能。