热力学统计物理-精选ppt
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该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。
本课程主要讨论以下两个部分内容：
（1）热力学部分（1-4章）； （2）统计物理学的知识（6-8章）；
预备知识
Preliminaries
1. 数学
① 多元复合函数的微分（附录A） a) 偏导数与全微分 b) 隐函数、复合函数 c) 雅克比行列式 d) 完整微分条件和积分因子 ② 概率基础知识（附录B）
3. 1850’s ，克劳修斯（Clausius）,（1850）开尔文（ Kelvin）（1851）：第二定律熵增加原理 4. 1906年，能斯特（Nernst）定理绝对零度不可达到 原理（1912）第三定律
经典热力学特点：
A. 不涉及时间与空间；
B. 以平衡态、准静态过程、可逆过程为模型。
2020因/4/9而，经典热力学&静热力学。
9
焦耳
卡诺
开尔文
克劳修斯
玻尔兹曼
普朗克
二. 非平衡态热力学
1. 翁萨格（Onsager），线性非平衡态热力学，诺贝尔 奖（1968） 2. 普里高津（Prigogine）非线性非平衡态热力学，诺贝 尔奖（1977） 3. 近年来 • 有限时间热力学 • 工程热力学 •••
2020/4/9
Onsager
“经典热力学给我留下了深刻的印象，它 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。”
热力学是具有最大普遍性的一门科学，它不同于力学、电磁学，因 为它不提出任何一个特殊模型，但它又可应用于任何的宏观的物质系统
热力学的局限性：
1、它只适用于粒子数很多的宏观系统；
热力学方法与统计物理描述方法 1. 热力学方法（宏观描述方法）
是直接通过观察和实验去总结热运动的规律性 的方法。 热力学方法的优点：
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，这些结论也具有同样的可靠性与普遍性。
与热Байду номын сангаас动有关的宏观物质系统，总应遵循热力学规律
爱因斯坦晚年说过：
为了保证制造涡轮的材料能够在高温燃气中可靠工作，涡轮通常都要采取复杂的冷却 手段，比如气膜冷却、冲击冷却和对流冷却。这些冷却手段都是通过空心涡轮内部释 放出来的冷空气实现的。 需要铸造出空心的复杂气动外形的涡轮叶片成为挑战各国航空工业的大难题，这项 技术被称为“工业王冠上的宝石”。
空气动力学、工程热物理、机械、密封、电子、自动控制等多学科的综合性系统工程， 航空发动机内部的气动、热力和结构材料特性是如此复杂，以至于到目前为止，仍然 不能够从理论上给予详尽而准确的描述，只能依靠实际发动机试验 .
——理查德·费曼
附：对同学的要求
1. 教与学是相互促进的过程 ，关于教学、教材等，要多提宝贵意见
2. 按时上课，认真听讲，完成作业，搞好预习和复习
热运动是自然界普遍存在的一种运动现象。热运
动对于单个粒子来说杂乱无章，但对于整个宏观物
体来说，在外界条件一定的情况下，大量微粒互相
影响的结果却表象现出具有确定的宏观规律性。
在一定的宏观条件下，系统演化方向一般具有确
定的规律性。
研究热运动的规律性以及热运动对物质宏观性质
影响的理论统称为热学理论。按研究方法的不同可
统计物理学常用的积分形式（附录C）
2. 物理学
① 热学
② 分子运动论
③ 原子物理学
④ 2020/4/9 量子力学
18
参考书目
热学课程教材：
1. 秦允豪，《热学》（第二版），高等教育出版社，2006
统计物理参考教材：
1. 苏汝铿《统计物理学》
学习资料：
1. 费曼，《费曼物理学讲义》，上海科技出版社，2004 2. 别莱利曼，《趣味物理学》，湖南教育出版，1999
特别推荐
▲ 费曼，《费曼物理学讲义》
由诺贝尔物理学奖得主R. F. Feynmen等 所著的《The Feynman Lectures on Physics》 汉文译本名为《费曼物理学讲义》，是迄今 在世界上被引用得最多的一部物理学教材， 堪称基础物理学的权威著作。
从长远眼光来看，我认为我对物理学最重要的贡献不是量 子电动力学，不是液氦或极化子或旋子的理论，我真正的记功 碑将是我的《费曼物理学讲义》！
热力学与统计物理学
Thermodynamics and Statistical Physics
2020/4/9
1
使用教材：
热力学.统计物理
汪志诚
2020/4/9
2
手持火把
甲骨文：热
甲骨文：火
我国殷商时期 五行学说：金、木、水、火、土是构成世界万物的五种 基本元素，称为五行。
古希腊 四元素说：万物是由土、水、火、气四种元素在数量上不同比 例的配合组成的。
Prigogine
11
热学的发展
十九世纪，随着气体分子运动论的发展使人们对物质的 认识从宏观领域进入到微观领域。从而开辟了新的科学部 门———统计物理学。
二十世纪以来，量子力学的发展使得热学由经典统计物 理学发展成为量子统计物理学。量子统计物理学对固体、 液体和等离子体中各种物理性质的研究，起着主导作用。
分为热力学与统计物理等。其中，热力学是热学的
宏观理论，统计物理是热学的微观理论。
2020/4/9
8
热力学理论的发展 Development of Thermodynamics
一. 经典热力学 1. 1824年，卡诺（Carnot）：卡诺定理 2. 1840’s，迈尔（Mayer）,焦耳(Joule)：第一定律（能量 守恒定律）
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、它把物质看成为连续体，不考虑物质的微观 结构；
2. 统计物理方法（微观描述方法）
是从物质由大数分子、原子组成的前提出发， 运用统计的方法，把宏观物质看作由微观粒子热 运动的平均值所决定，由此找出微观量与宏观量 之间的关系的方法。
钻木取火 青铜器
伽利略温度计 16世纪 (明) 从远古到十八世纪以前（系
统的热学没有建立）
从十八世纪开始，热机发展 极大的促进了热学的发展。
瓦特
早期蒸汽机
早期燃油发动机
燃油发动机的出现更是促进 了现代交通的发展。
能在高温、高压和高速条件下稳定工作是现代航空涡轮发动机对涡轮性能提出的最 基本要求。
本课程主要讨论以下两个部分内容：
（1）热力学部分（1-4章）； （2）统计物理学的知识（6-8章）；
预备知识
Preliminaries
1. 数学
① 多元复合函数的微分（附录A） a) 偏导数与全微分 b) 隐函数、复合函数 c) 雅克比行列式 d) 完整微分条件和积分因子 ② 概率基础知识（附录B）
3. 1850’s ，克劳修斯（Clausius）,（1850）开尔文（ Kelvin）（1851）：第二定律熵增加原理 4. 1906年，能斯特（Nernst）定理绝对零度不可达到 原理（1912）第三定律
经典热力学特点：
A. 不涉及时间与空间；
B. 以平衡态、准静态过程、可逆过程为模型。
2020因/4/9而，经典热力学&静热力学。
9
焦耳
卡诺
开尔文
克劳修斯
玻尔兹曼
普朗克
二. 非平衡态热力学
1. 翁萨格（Onsager），线性非平衡态热力学，诺贝尔 奖（1968） 2. 普里高津（Prigogine）非线性非平衡态热力学，诺贝 尔奖（1977） 3. 近年来 • 有限时间热力学 • 工程热力学 •••
2020/4/9
Onsager
“经典热力学给我留下了深刻的印象，它 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。”
热力学是具有最大普遍性的一门科学，它不同于力学、电磁学，因 为它不提出任何一个特殊模型，但它又可应用于任何的宏观的物质系统
热力学的局限性：
1、它只适用于粒子数很多的宏观系统；
热力学方法与统计物理描述方法 1. 热力学方法（宏观描述方法）
是直接通过观察和实验去总结热运动的规律性 的方法。 热力学方法的优点：
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，这些结论也具有同样的可靠性与普遍性。
与热Байду номын сангаас动有关的宏观物质系统，总应遵循热力学规律
爱因斯坦晚年说过：
为了保证制造涡轮的材料能够在高温燃气中可靠工作，涡轮通常都要采取复杂的冷却 手段，比如气膜冷却、冲击冷却和对流冷却。这些冷却手段都是通过空心涡轮内部释 放出来的冷空气实现的。 需要铸造出空心的复杂气动外形的涡轮叶片成为挑战各国航空工业的大难题，这项 技术被称为“工业王冠上的宝石”。
空气动力学、工程热物理、机械、密封、电子、自动控制等多学科的综合性系统工程， 航空发动机内部的气动、热力和结构材料特性是如此复杂，以至于到目前为止，仍然 不能够从理论上给予详尽而准确的描述，只能依靠实际发动机试验 .
——理查德·费曼
附：对同学的要求
1. 教与学是相互促进的过程 ，关于教学、教材等，要多提宝贵意见
2. 按时上课，认真听讲，完成作业，搞好预习和复习
热运动是自然界普遍存在的一种运动现象。热运
动对于单个粒子来说杂乱无章，但对于整个宏观物
体来说，在外界条件一定的情况下，大量微粒互相
影响的结果却表象现出具有确定的宏观规律性。
在一定的宏观条件下，系统演化方向一般具有确
定的规律性。
研究热运动的规律性以及热运动对物质宏观性质
影响的理论统称为热学理论。按研究方法的不同可
统计物理学常用的积分形式（附录C）
2. 物理学
① 热学
② 分子运动论
③ 原子物理学
④ 2020/4/9 量子力学
18
参考书目
热学课程教材：
1. 秦允豪，《热学》（第二版），高等教育出版社，2006
统计物理参考教材：
1. 苏汝铿《统计物理学》
学习资料：
1. 费曼，《费曼物理学讲义》，上海科技出版社，2004 2. 别莱利曼，《趣味物理学》，湖南教育出版，1999
特别推荐
▲ 费曼，《费曼物理学讲义》
由诺贝尔物理学奖得主R. F. Feynmen等 所著的《The Feynman Lectures on Physics》 汉文译本名为《费曼物理学讲义》，是迄今 在世界上被引用得最多的一部物理学教材， 堪称基础物理学的权威著作。
从长远眼光来看，我认为我对物理学最重要的贡献不是量 子电动力学，不是液氦或极化子或旋子的理论，我真正的记功 碑将是我的《费曼物理学讲义》！
热力学与统计物理学
Thermodynamics and Statistical Physics
2020/4/9
1
使用教材：
热力学.统计物理
汪志诚
2020/4/9
2
手持火把
甲骨文：热
甲骨文：火
我国殷商时期 五行学说：金、木、水、火、土是构成世界万物的五种 基本元素，称为五行。
古希腊 四元素说：万物是由土、水、火、气四种元素在数量上不同比 例的配合组成的。
Prigogine
11
热学的发展
十九世纪，随着气体分子运动论的发展使人们对物质的 认识从宏观领域进入到微观领域。从而开辟了新的科学部 门———统计物理学。
二十世纪以来，量子力学的发展使得热学由经典统计物 理学发展成为量子统计物理学。量子统计物理学对固体、 液体和等离子体中各种物理性质的研究，起着主导作用。
分为热力学与统计物理等。其中，热力学是热学的
宏观理论，统计物理是热学的微观理论。
2020/4/9
8
热力学理论的发展 Development of Thermodynamics
一. 经典热力学 1. 1824年，卡诺（Carnot）：卡诺定理 2. 1840’s，迈尔（Mayer）,焦耳(Joule)：第一定律（能量 守恒定律）
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、它把物质看成为连续体，不考虑物质的微观 结构；
2. 统计物理方法（微观描述方法）
是从物质由大数分子、原子组成的前提出发， 运用统计的方法，把宏观物质看作由微观粒子热 运动的平均值所决定，由此找出微观量与宏观量 之间的关系的方法。
钻木取火 青铜器
伽利略温度计 16世纪 (明) 从远古到十八世纪以前（系
统的热学没有建立）
从十八世纪开始，热机发展 极大的促进了热学的发展。
瓦特
早期蒸汽机
早期燃油发动机
燃油发动机的出现更是促进 了现代交通的发展。
能在高温、高压和高速条件下稳定工作是现代航空涡轮发动机对涡轮性能提出的最 基本要求。