热力学与统计物理汇总.

宏观物性
微观、唯理； 近似性。
一、课 程 内 容 （分三大模块） 1. 热力学(40%) : 热力学定律与函数、相变
2. 统计物理(60%): 微观态、经典统计、量子统计 3. 非平衡统计物理(自学)：玻耳兹曼方程 4. 计算统计物理(选学): 布朗运动、随机过程
热力学：宏观的，唯象的理论 统计物理：微观的、唯理的理论
宏观过程的方向和限度。
统计物理：研究粒子的微观分布（不象力学那样去研
究每个粒子的运动规律），对微观量求统计
平均得到宏观量。 2. 外界： 与体系发生相互作用的周围环境。
基本概念
3. 平衡态: 孤立系所达到的一个不随时间变化的状态
1）驰豫时间 2）热动平衡 3）平衡态的概念推广到非孤立系统 4）区别于稳定态
Ch5玻尔兹曼统计 Ch2单元单相系 Ch6 系综理论 Ch7量子统计 Ch8非平衡
Ch3单元多相
科学史话(1)
历史上最伟大的10个方程 （其中第5个方程就是热力学）
1. 毕达哥拉斯定理（勾股定理） 2. 牛顿第二定律 3. 牛顿万有定律 4. 欧拉公式 5. 热力学第二定律（熵增加定律） 6. 麦克斯韦方程组
7. 爱因斯坦质能方程 8. 爱因斯坦广义相对论方程 9. 薛定谔方程 10.海森堡测不准原理
R
E mc 2
Rg
（7） （8） （9） （10）
2

8 πGT
c
4
ih
H t
h 2
x p
热力学与统计物理
第一章 热力学基本规律
热力学：研究由大量粒子组成的宏观体系表现出
热力学与统计物理
主讲： 王丽萍
任务:
研究热现象、热运动规律的学科
热力学方法ห้องสมุดไป่ตู้
（宏观、唯象）
统计物理方法
（微观、唯理）
大量 实验
归纳
宏观量＝<微观量>μ 等概率原理（孤立系统，平衡态）
从单个粒子遵从的力学 规律出发，求系统平均
热力学基本定律
演绎、推理
宏观的物性
宏观的、普遍性、可靠性；
不能推导出具体物质的特性； 不能解释涨落现象。
（高等教育出版社，2008年）
2.苏汝铿：统计物理学（第二版）
(高等教育出版社，2004年) 3. 梁希侠、班士良：统计热力学 (科学出版社，2008年) 4.张启人，统计力学 （科学出版社，2002年）
四、课时安排:
序号 1 2 3 4 教学内容（章、节或篇名） 学时分配 理论 9 6 5 实践 作业、考查
a2 b2 c 2
F ma
Fg Gm1m2 r2
（1） （2） （3） （4） （5）
e iπ 1 0
i S 0
1 E 4π (6) E 4 π , B J C t C 1 B E 0, B 0 C t
5. 改变系统状态的三种方式
1） 力学作用（做功：改变系统参量----压强或者体积） 2） 热相互作用（热交换：热传导、热接触、热辐射等） 3）改变系统的粒子数
6. 热体系分类
1） 孤立系统：与外界无任何相互作用；
2）封闭系统：与外界无物质但有能量交换； 3） 开放系统: 与外界既有物质也有能量交换。
的与热现象与关的规律；
热力学定律：由大量实验总结出来，它是唯象理
论、微观运动的宏观表征；具有普适性。
cf:力学定律—-预言性,时间反演对性性。
任务：定义宏观物理量，并用这些量将物态方程
和热力学基本定律联系起来。
内容：平衡态（传统）热力学。
基本概念
1. 热力学体系: 大量粒子组成的宏观客体。 特点: 热力学：逻辑推导给出系统宏观量之间的联系，以及
二、教学方式:
PPT与版书相结合，精讲多练。
索末菲写信给他的学生海森堡: “要勤奋地
去做练习，只有这样，你才会发现，哪些你
理解了，哪些你还没有理解”。 杨振宁回忆大学学习时说：“西南联大教学风 气是非常认真的，我们那时所念的课，一般老 师准备的很好，学生习题做得很多”。
三、参考书目:
1.汪志诚《热力学统计物理》（第四版）
绪论 第一章 热力学基本定 律 第二章 热力学函数及关系 第三章 相平衡与相变 第四章 统计热力学 第五章 玻尔兹曼统计 第六章 系综理论 第七章 量子统计 总计
6 8 6 6
5 6 7
46
机动 3学时 复习课2时
五、教 材 分 析
热现象
热 力 学 （ch1－ch4）
统计物理 （ch5-ch8）
Ch1基本规律 Ch4 统计热力学
7. 热力学单位
长度、质量、时间、温度、压强、能量。
8. 热力学常量
1） 普适气体常数：R=8.31J/(mol· K) 2）阿伏加德罗常数：NA=6.02*1023mol-1 3） 玻尔兹曼常数：kB=1.38*10-23J/K
§1.1 物态方程和状态参量 一、物态方程
温度与状态参量的函数关系 f(T, p,V)=C 称为物态方程
4. 状态参量:
确定平衡态系统的尽可能少且独立的状态参量,系
统的其它量（态函数）均由它们唯一表示。
1）确定的系统，独立的宏观量的个数确定。 2） 状态 唯一态参数。 3） P 外场 V 外参量 T 内参量 只要有一个宏观量不同, 即是一个新态.
几何、力学、电磁和化学参量
Cf: 内参量（由温度和分子间相互作用决定）和外参量（由环境或者人为控制）
１）理想气体 ＰＶ＝ｎＲＴ
宏观条件：低密、低压、高温
２）范氏气体
an 2 P V 2 V nb nRT
二、建立三个(恒正)物态参数α、β、κ的由来
1）膨胀和压缩
将物态方程表示成 V V (T , p )，对其微分 V V dV dp dT T p p T
定压膨胀系数：
1 V 1 V ; 等温压缩系数： V T p V p T
2）冷却降压
将物态方程表示成 p p (T , V )，对其微分 p p dp dT dV T V V T 1 p 定容压强系数： . p T V