现代物化－湖南大学统计热力学绪论PPT学习教案

1、会计学1第1页/共40页1.1.1 1.1.1 绪论统计热力学的研究目的绪论统计热力学的研究目的经典热力学：以经典热力学：以宏观平衡体系宏观平衡体系为研究对为研究对象象, 以热力学定律为基础以热力学定律为基础,严密的演绎推严密的演绎推理，寻找规律理，寻找规律.第2页/共40页量子力学量子力学微观微观 唯理唯理 研究单个微观粒子（原子、分子）的运动状态，通过解薛研究单个微观粒子（原子、分子）的运动状态，通过解薛定谔方程得到粒子的波函数和能态，可获得粒子的角动量、转定谔方程得到粒子的波函数和能态，可获得粒子的角动量、转动惯量、振动频率等。动惯量、振动频率等。第3页/共40页第4页/共40页微观微观

2、量子量子力学力学微观到宏观微观到宏观统计力学统计力学宏观宏观化学热力学化学热力学化学动力学化学动力学统计力学有两个基本出发点：统计力学有两个基本出发点：一是：宏观物质由大量的粒子构成；一是：宏观物质由大量的粒子构成；二是：热现象是大量粒子运动的整体表现。二是：热现象是大量粒子运动的整体表现。粒子：泛指分子、离子、电子、光子等微观粒子粒子：泛指分子、离子、电子、光子等微观粒子宏观物质与微观粒子的本质性差别：有无温度宏观物质与微观粒子的本质性差别：有无温度1.1.1 1.1.1 绪论统计热力学的研究目的绪论统计热力学的研究目的第5页/共40页第6页/共40页第7页/共40页1 122iiiUnnn

3、 粒子之间的相互作用非常微弱，因此可以忽略不计，所以独立粒子系统严格讲应称为近独立粒子系统。这种系统的总能量应等于各个粒子能量之和，即：第8页/共40页iiiUnU（位能） 相依粒子系统又称为非独立粒子系统，系统中粒子之间的相互作用不能忽略，系统的总能量除了包括各个粒子的能量之和外，还包括粒子之间的相互作用的位能:第9页/共40页第10页/共40页第11页/共40页第12页/共40页第13页/共40页克拉克克拉克.麦克斯韦麦克斯韦第14页/共40页Ludwig Eduard Boltzmann第15页/共40页1924年，印度物理学家玻色提出了有关光粒子光粒子统计的一项重要理论，并将这一结果寄

4、给爱因斯坦。爱因斯坦将这一理论扩展到统计某一特定原子特定原子的领域中，发展成现在的Bose-Einstein统计。统计。并并预测，如果这类原子气体被冷却到非常低的温度时，所有的原子都将突然以最低能量状态聚集在一起，因此，它被称为“凝聚”（condensation）。这就是有名的玻色玻色-爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（Bose-Einstein condensate，简称，简称BEC）。）。美国麻省理工学院的Wolfgang Ketterle和科罗拉多大学的卡尔.威曼（Carl Wieman），艾里克.康奈尔（Eric Cornell）因实验上实现玻色爱因斯坦凝聚（简称BEC） 现象而获2001年

5、度诺贝尔物理学奖。 第16页/共40页Enrico Enrico Fermi 1901-1954 Paul Adrie Maurice Dirac19021984 第17页/共40页第18页/共40页第19页/共40页左边左边4种方式种方式1黑球在黑球在A，红球在，红球在B/C/D2黑球在黑球在B，红球在，红球在A/C/D3黑球在黑球在C，红球在，红球在A/B/D4黑球在黑球在D，红球在，红球在A/B/C右边右边4种方式种方式1红球在红球在A，黑球在，黑球在B/C/D2红球在红球在B，黑球在，黑球在A/C/D3红球在红球在C，黑球在，黑球在A/B/D4红球在红球在D，黑球在，黑球在A/B/C分

6、布分布2的微观状态数为：的微观状态数为：4416解答：解答：第20页/共40页第21页/共40页 可见可见 ,最概然分布的微最概然分布的微观状态数可以代替总观状态数可以代替总的微观状态数。的微观状态数。即最即最概然分布可以代替一概然分布可以代替一切分布。切分布。第22页/共40页第23页/共40页第24页/共40页第25页/共40页 iiiAPAnPi 是体系第是体系第 i 个微态出现的概率；个微态出现的概率；Ai 是相应物理量在第是相应物理量在第 i 个微态中的取个微态中的取值。值。 第26页/共40页第27页/共40页2021-12-12第28页/共40页2021-12-12第29页/共40页2021-12-12第30页/共40页2021-12-12第31页/共40页2021-12-12第32页/共40页2021-12-12第33页/