热统导言及第一章
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(第四版) 汪志诚 著
教学安排
预习和复习：每课布置思考题，下次课提问，
作为平时成绩 15% 评分标准：能简明扼要地表达主要内容。
作业：5次，评分指标：数量，正确率，成绩 5% 期中考试：五一前一周，考热力学部分，成绩 30% 期末考试：考统计力学部分，成绩 50%
参考书目
1 2 3 马本堃 龚昌德 北师大《热力学与统计物理学》 南京大学《热力学与统计物理学》
拓展要求：
课后阅读参考书目的相同概念、定律的讲解，
加深理解。 通过搜索关键词在网上查找资料。阅读实际 应用方面的科普文章。
Байду номын сангаас
第一章
第二章 第三章 第四章
第六章 第七章 第八章
单元 单相 均匀物质的热力学性质 系
热力学的基本规律
单元系的相变 单元多相系
多元系的复相平衡和化学平衡 多元多相系
近独立粒子的最概然分布 玻耳兹曼统计 玻色统计和费米统计
热力学的基本逻辑体系
以可测宏观物理量描述系统状态；
例如：气体的压强p、体积V和温度T
演绎 实验现象 归纳 热力学基本定律 宏观物性
其结论可靠且具有普适性；
结合实验才能得到具体物性；
物质看成连续体系，不能解释宏观物理量涨落。
例如：焦耳定律、玻意耳定律、阿伏伽德罗定律，
推理演绎为
热力学基本定律：第一、第二、第三定律及推论。
再推理演绎为
卡诺热机性质，热辐射理论，相变理论，化学反应理论 亥姆霍兹方程，能态方程，焓态方程等。
统计物理基本逻辑体系
从微观结构出发，深入热运动本质，认为宏观物性是 大量微观粒子运动性质的集体表现； 微观粒子力学量 统计平均 宏观物理量
第一章 热力学的基本规律
热力学
平衡态热力学 经典热力学
thermodynamics
equilibrium thermodynamics classical thermodynamics
§1.1
平衡态及其描述
重点掌握几个新概念
一 系统、外界和子系统 热力学系统 由大量微观粒子组成的宏观物质系统
如：气体、液体、固体、液体表面膜、弹性丝、磁体、 超导体、电池、热辐射场等 外界 与系统发生相互作用的其它物质
孤立系平衡后，它的任意子系统也是平衡的。
四 平衡态的描述 状态参量 平衡态系统具有确定的宏观物理量，这些量不全部
独立。可任意选取一组独立宏观量确定平衡态。
态函数 表示为状态参量函数的其它宏观量。
例如：单相系统（P-V系），系统自由度为2， 有二个独立参量，如：U= U(P,V） S=S(P,V) 单相系平衡态的描述：
热力学与统计物理的研究方法
热力学和统计物理学的任务相同，但研究方法不同。 1.宏观唯象理论——热力学 2.微观本质理论——统计物理 宏观的观点 整体地观察一个固体、液体、气体的特性。如：密度、 温度、压力、弹性、传热等等，不涉及物质的原子结构。 微观的观点 由物质的原子性质着手，来研究物质的宏观性质。
二 系统分类
系统与环境关系一般很复杂，多种多样。根据我们的 研究目的，可用壁来限制系统和环境的关系。 壁：具有特定性质的界面 常见的理想化界面： 刚性壁 ：维持体积不变。 绝热壁： 不传导热量。 可透膜：允许粒子穿过。 半透膜： 允许某种粒子穿过。 不透膜： 不允许粒子穿过。
孤立系： 与外界不交换能量，不交换粒子。 系统与环境无关。
平衡态的判据： 1、系统的外界条件不变。
2、系统的宏观性质保持不变。 3、系统内不出现某些流(热流， 电流，物质流，动量流）。 热力学平衡是动态平衡 热动平衡——一切宏观流动停止，热运动未停止，只 是平均效果不变。 涨落——宏观物理量围绕平均值的微小起伏，在热力 学中忽略不计。 系统的稳恒态（非平衡定态)不一定是平衡态。 非孤立系平衡态：系统+外界=孤立系统。
单相系：物理性质均匀的系统。
如：空气（多元，各组元质量固定） 独立变量又称状态参量 状态参量分类 几何参量 力学参量 化学参量 电磁参量
还有一个热力学特有的参量 温度
闭系：与外界交换能量，不交换粒子。 系统可作为热源。
开系：与外界交换能量，交换粒子。 系统可作为热源、粒子库。
系统 孤立
无 无
封闭
无 有
开放
有 有
1
2
物质交换 能量交换
孤立系统
三 热力学平衡态
平衡态 孤立系经过足够长时间（弛豫时间）后必定 自发到达的状态，宏观性质不随时间改变。
驰豫时间：由开始的非平衡态经 t 时间后 达平衡， 则t 为驰豫时间。 平衡态的两个特征： 1.不受外界影响，其内部总需发生从非平衡态向 平衡态过渡，直到达到平衡态。 2.已达到平衡态的系统，将长期保持平衡态不变， 直到外界影响破坏平衡。
<<热力学简程>> 王竹溪著 人民教育出版社 人民教育出版社
4 <<热力学>> 熊吟涛编
5 <<热力学与统计物理学>> 林宗涵编 北大出版社 6 <<热力学· 统计物理>> （汪志诚版）习题解答
学习方法
基本要求：
掌握要点，即基本概念、定律及其推论。 及时复习，能简要复述课堂内容，独立完成作业。
第九章
系综理论
热力学
统计物理
导言
热力学和统计物理的研究对象和任务
宏观物质系统： 由大量微观粒子组成的气体、液体和固体。 存在无规则运动——热运动。 运动：机械运动，如：质点的运动、刚体的平动和转动及振动。
热运动：大量微观粒子的无规则运动（例如花粉的运动）， 有规律性，自身固有的。 为什么研究热运动？ 热运动决定了热现象（物性和物态），影响物质的各种宏观性质， 如：力、热、电磁、凝聚状态（固、液、气）、化学反应进行 的方向和限度。 热力学和统计物理学的任务？ 研究热运动规律及其对宏观性质的影响。
热力学基本定律归结为一条基本统计原理，阐明其 统计意义，可解释涨落现象；
借助微观模型，可近似导出具体物性。
认为微观粒子遵从力学定律： 牛顿定律或量子力学。 经典的 量子的 应用统计原理：最概然统计法 或 系综统计法
微观运动
通过假设
宏观性质
如：分子与壁碰撞时动量的变化→气体压力概念。 分子运动动能→气体温度 典型应用实例：导出理想气体的物态方程PV=RT 理想气体分子速度分布律 普朗克热辐射定律 大气压随高度的变化关系等
教学安排
预习和复习：每课布置思考题，下次课提问，
作为平时成绩 15% 评分标准：能简明扼要地表达主要内容。
作业：5次，评分指标：数量，正确率，成绩 5% 期中考试：五一前一周，考热力学部分，成绩 30% 期末考试：考统计力学部分，成绩 50%
参考书目
1 2 3 马本堃 龚昌德 北师大《热力学与统计物理学》 南京大学《热力学与统计物理学》
拓展要求：
课后阅读参考书目的相同概念、定律的讲解，
加深理解。 通过搜索关键词在网上查找资料。阅读实际 应用方面的科普文章。
Байду номын сангаас
第一章
第二章 第三章 第四章
第六章 第七章 第八章
单元 单相 均匀物质的热力学性质 系
热力学的基本规律
单元系的相变 单元多相系
多元系的复相平衡和化学平衡 多元多相系
近独立粒子的最概然分布 玻耳兹曼统计 玻色统计和费米统计
热力学的基本逻辑体系
以可测宏观物理量描述系统状态；
例如：气体的压强p、体积V和温度T
演绎 实验现象 归纳 热力学基本定律 宏观物性
其结论可靠且具有普适性；
结合实验才能得到具体物性；
物质看成连续体系，不能解释宏观物理量涨落。
例如：焦耳定律、玻意耳定律、阿伏伽德罗定律，
推理演绎为
热力学基本定律：第一、第二、第三定律及推论。
再推理演绎为
卡诺热机性质，热辐射理论，相变理论，化学反应理论 亥姆霍兹方程，能态方程，焓态方程等。
统计物理基本逻辑体系
从微观结构出发，深入热运动本质，认为宏观物性是 大量微观粒子运动性质的集体表现； 微观粒子力学量 统计平均 宏观物理量
第一章 热力学的基本规律
热力学
平衡态热力学 经典热力学
thermodynamics
equilibrium thermodynamics classical thermodynamics
§1.1
平衡态及其描述
重点掌握几个新概念
一 系统、外界和子系统 热力学系统 由大量微观粒子组成的宏观物质系统
如：气体、液体、固体、液体表面膜、弹性丝、磁体、 超导体、电池、热辐射场等 外界 与系统发生相互作用的其它物质
孤立系平衡后，它的任意子系统也是平衡的。
四 平衡态的描述 状态参量 平衡态系统具有确定的宏观物理量，这些量不全部
独立。可任意选取一组独立宏观量确定平衡态。
态函数 表示为状态参量函数的其它宏观量。
例如：单相系统（P-V系），系统自由度为2， 有二个独立参量，如：U= U(P,V） S=S(P,V) 单相系平衡态的描述：
热力学与统计物理的研究方法
热力学和统计物理学的任务相同，但研究方法不同。 1.宏观唯象理论——热力学 2.微观本质理论——统计物理 宏观的观点 整体地观察一个固体、液体、气体的特性。如：密度、 温度、压力、弹性、传热等等，不涉及物质的原子结构。 微观的观点 由物质的原子性质着手，来研究物质的宏观性质。
二 系统分类
系统与环境关系一般很复杂，多种多样。根据我们的 研究目的，可用壁来限制系统和环境的关系。 壁：具有特定性质的界面 常见的理想化界面： 刚性壁 ：维持体积不变。 绝热壁： 不传导热量。 可透膜：允许粒子穿过。 半透膜： 允许某种粒子穿过。 不透膜： 不允许粒子穿过。
孤立系： 与外界不交换能量，不交换粒子。 系统与环境无关。
平衡态的判据： 1、系统的外界条件不变。
2、系统的宏观性质保持不变。 3、系统内不出现某些流(热流， 电流，物质流，动量流）。 热力学平衡是动态平衡 热动平衡——一切宏观流动停止，热运动未停止，只 是平均效果不变。 涨落——宏观物理量围绕平均值的微小起伏，在热力 学中忽略不计。 系统的稳恒态（非平衡定态)不一定是平衡态。 非孤立系平衡态：系统+外界=孤立系统。
单相系：物理性质均匀的系统。
如：空气（多元，各组元质量固定） 独立变量又称状态参量 状态参量分类 几何参量 力学参量 化学参量 电磁参量
还有一个热力学特有的参量 温度
闭系：与外界交换能量，不交换粒子。 系统可作为热源。
开系：与外界交换能量，交换粒子。 系统可作为热源、粒子库。
系统 孤立
无 无
封闭
无 有
开放
有 有
1
2
物质交换 能量交换
孤立系统
三 热力学平衡态
平衡态 孤立系经过足够长时间（弛豫时间）后必定 自发到达的状态，宏观性质不随时间改变。
驰豫时间：由开始的非平衡态经 t 时间后 达平衡， 则t 为驰豫时间。 平衡态的两个特征： 1.不受外界影响，其内部总需发生从非平衡态向 平衡态过渡，直到达到平衡态。 2.已达到平衡态的系统，将长期保持平衡态不变， 直到外界影响破坏平衡。
<<热力学简程>> 王竹溪著 人民教育出版社 人民教育出版社
4 <<热力学>> 熊吟涛编
5 <<热力学与统计物理学>> 林宗涵编 北大出版社 6 <<热力学· 统计物理>> （汪志诚版）习题解答
学习方法
基本要求：
掌握要点，即基本概念、定律及其推论。 及时复习，能简要复述课堂内容，独立完成作业。
第九章
系综理论
热力学
统计物理
导言
热力学和统计物理的研究对象和任务
宏观物质系统： 由大量微观粒子组成的气体、液体和固体。 存在无规则运动——热运动。 运动：机械运动，如：质点的运动、刚体的平动和转动及振动。
热运动：大量微观粒子的无规则运动（例如花粉的运动）， 有规律性，自身固有的。 为什么研究热运动？ 热运动决定了热现象（物性和物态），影响物质的各种宏观性质， 如：力、热、电磁、凝聚状态（固、液、气）、化学反应进行 的方向和限度。 热力学和统计物理学的任务？ 研究热运动规律及其对宏观性质的影响。
热力学基本定律归结为一条基本统计原理，阐明其 统计意义，可解释涨落现象；
借助微观模型，可近似导出具体物性。
认为微观粒子遵从力学定律： 牛顿定律或量子力学。 经典的 量子的 应用统计原理：最概然统计法 或 系综统计法
微观运动
通过假设
宏观性质
如：分子与壁碰撞时动量的变化→气体压力概念。 分子运动动能→气体温度 典型应用实例：导出理想气体的物态方程PV=RT 理想气体分子速度分布律 普朗克热辐射定律 大气压随高度的变化关系等