热力学与统计物理教案

汪志诚

导 言

一. 热力学与统计物理学所研究的对象与任务相同 对象:由大量微观粒子组成的宏观物质系统。

任务:研究热运动规律及热运动对物质宏观性质的影响。

一. 热力学与统计物理学的研究方法不同

1. 热力学方法—热运动的宏观理论

热力学方法是从热力学三个定律出发,通过数学演绎,得到物质的各宏观性质之间的关系、宏观物理过程进行的方向和限度等一系列理论结论。

热力学方法的优点:其结论具有高度的可靠性和普遍性。因为热力学三定律是人们从大量的观测、实验中总结出来的基本规律,并为人们长期的生产实践所证实,非常可靠。而且热力学三定律又不涉及物质的具体微观结构,它适用于一切物质系统,非常普遍。

热力学方法的局限性:由热力学不能导出具体物质的具体特性;也不能解释物质宏观性质的涨落现象;等等。

2. 统计物理学方法—热运动的微观理论

统计物理学方法是从“宏观物质系统是由大量的微观粒子所组成的”这一基本事实出发,认为宏观物理量就是相应微观量的统计平均值。

统计物理学的优点:能把热力学三个相互独立的基本规律归结于一个基本的统计原理,阐明三个定律的统计意义;可以解释涨落现象;而且在对物质的微观结构作了某些假设之后,还可以求得物质的具体特性;等等。

统计物理学的局限性:由统计物理学所得到的理论结论往往只是近似的结果,这是因为对物质的微观结构一般只能采用简化模型所致。

总之,在热现象研究中,热力学和统计物理学两者相辅相成,相互补充。

一. 主要参考书

王竹溪:《热力学简程》、《统计物理学导论》

第一章 热力学的基本规律

本章主要介绍热力学的基本规律以及常见的基本热力学函数。但本章的大多数内容在普通物理的《热学》课程中已经较详细学习过,在此只作一个归纳。因此,本章的各节将有所改变,

与课本不完全一致。

第一章 热力学的基本规律 §1.1 热平衡定律和温度

一. 热平衡定律

热平衡定律也可称之为热力学第零定律。它是建立温度概念的实验基础。 1. 热力学系统

由大量微观粒子组成的有限的宏观客体称之为热力学系统,简称为系统。热力学所研究的系统有如下三种:

⑴ 孤立系统:与外界没有任何相互作用的系统。

⑵ 封闭系统:与外界有能量交换,但无物质交换的系统。 ⑶ 开放系统:与外界既有能量交换,又有物质交换的系统。 2. 平衡状态及其描述

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