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同同学学们们好好!!

GL.热力学统计物理-绪论1
GL.热力学统计物理-绪论
《热力学统计物理》
绪论
一.热力学统计物理研究对象、研究任务
•研究对象为热力学系统
热力学系统通常是指由大数量(N1023)无序运动、频繁碰撞的
微粒子组成的有限大的宏观系统
•研究任务:热力学与统计物理学从不同角度研究热力学系统的
热运动规律、热运动对物质系统的其他宏观性质的
影响(其他性质如:材料的弹性、电磁性质等等)
二.研究方法
1.热力学方法—唯象的宏观理论方法(唯象:从现象,从实验观测出发)

•热力学方法:对大量与热有关的现象进行观测、实验研究,总结出
热力学基本定律(第0,1,2,3定律),其具有高度可靠性和普适性

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GL.热力学统计物理-绪论
•热力学不涉及宏观系统的微观结构与运动,不涉及至分子、原子
等微观粒子过程,故热力学不可能导出物质系统的特性

2.统计物理学方法—微观理论方法
•从宏观系统的微观粒子及其结构与运动出发,建立一系列简化假
设的具象模型、数理模型,导出系统微观量的统计平均结果,进而
得到对于系统的宏观描述
•统计物理学可将热力学三定律归结为一个统计原理,给出其统计
意义
•统计物理学可解释涨落现象,可导出系统的具体特性,可阐明其微
观机制
•由于统计物理学的简化假设之处理,必然导致描述的偏差性

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GL.热力学统计物理-绪论

三.宏观系统的热力学状态、过程及其描述
1.平衡态
在无外界影响的条件下,系统的各种宏观性质(如温度、压强、
密度等等)可长时间保持不变的状态——平衡态

•外界影响——外界对系统作功、传热、传递物质粒子
•平衡态——是宏观热动平衡态,即不随时间而变的稳态
•对处于平衡态的系统进行热力学研究,可不计涨落效应
2.描述平衡态
可采用热力学(物态)参量、热力学函数(如:p,V,T;U,S,H,)描述
(1)热力学参量的选取、分类
参量的选取以合理、够用(足以完全确定系统的状态)、易于
实验观测为原则

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GL.热力学统计物理-绪论
•几何参量(如:V,)
•力学参量(如:p,)
五类物态参量•化学参量(如:mM)
,mol,
•电磁参量(如:)
EHM,;,e
•热学参量(如:T,)
(2)热力学函数
热力学函数(也称为状态函数)是热力学参量的函数,为态函数
(态函数的过程增量与过程无关)
3.描述非平衡态
•将系统划分为若干宏观极小、微观而言含大量微粒子的小子系统
•小子系统之间仅只通过彼此的界面附近的粒子发生相互作用(这
些互作用的粒子相比子系统内的粒子数目而言是甚小量)

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GL.热力学统计物理-绪论

•各小子系的弛豫时间相比整个宏观系统的弛豫时间短得多,
则可对小子系统以平衡态处理之
弛豫时间:系统由初态(往往是非平衡态),达到平衡态的时间
如:气相系统达到其压强匀恒的平衡态的弛豫时间10-16(s)
系统达到其密度均匀平衡态的弛豫时间:气相系统100(min);
固相系统约:数小时、数周或更长时间

4.(热力学)过程
•系统的状态发生持续的变化(即称:系统在热运动)
则曰:系统在历经热力学过程(简称过程)
•有:准静态过程;可逆过程、不可逆过程;等值过程;

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GL.热力学统计物理-绪论
四.热力学系统的划分
基于不同的角度、目的,对系统有不同形式的划分
1.简单系统
只需要两个独立物态参量即可确定系统的平衡态,此类系统称
为“简单系统”.否则为“复杂系统”
例如:系统不涉及电磁过程、不发生相变及化学反应、不涉及
高能过程,则此系统平衡态可由物态方程f(p,V,T)=0完全确定
描述,此系统必为简单系(本课程所曰的简单系,即指此种系统)
2.均匀系统(也称单相系)
各部分的性质完全相同的系统——均匀系统(也称单相系)
曰:一个均匀的部分即为一个相

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GL.热力学统计物理-绪论
3.复相系
系统各部分的性质不尽完全相同,但是系统可以划分成若干个
均匀的子系统,此类系统——复相系
4.单元系、多元系
•单元系:仅只含有一种化学组分的系统
•多元系:含有两种及两种以上化学组分的系统
再如:
•孤立系:与外界无任何相互作用的系统
•绝热系:与外界无热传递的系统
•(封)闭系:与外界无粒子传递的系统
•开(放)系:与外界有粒子及能量传递的系统
•

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GL.热力学统计物理-绪论

五.物态方程
1.物态方程
表征温度与其他物态参量的函数关系的方程——物态方程

•简单系平衡态的物态方程,可写为f