現(xiàn)代物化－湖南大學(xué)統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)緒論P(yáng)PT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1第1頁/共40頁1.1.1 1.1.1 緒論統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)的研究目的緒論統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)的研究目的經(jīng)典熱力學(xué)：以經(jīng)典熱力學(xué)：以宏觀平衡體系宏觀平衡體系為研究對(duì)為研究對(duì)象象, 以熱力學(xué)定律為基礎(chǔ)以熱力學(xué)定律為基礎(chǔ),嚴(yán)密的演繹推嚴(yán)密的演繹推理，尋找規(guī)律理，尋找規(guī)律.第2頁/共40頁量子力學(xué)量子力學(xué)微觀微觀 唯理唯理 研究單個(gè)微觀粒子（原子、分子）的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過解薛研究單個(gè)微觀粒子（原子、分子）的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過解薛定諤方程得到粒子的波函數(shù)和能態(tài)，可獲得粒子的角動(dòng)量、轉(zhuǎn)定諤方程得到粒子的波函數(shù)和能態(tài)，可獲得粒子的角動(dòng)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、振動(dòng)頻率等。動(dòng)慣量、振動(dòng)頻率等。第3頁/共40頁第4頁/共40頁微觀微觀

2、量子量子力學(xué)力學(xué)微觀到宏觀微觀到宏觀統(tǒng)計(jì)力學(xué)統(tǒng)計(jì)力學(xué)宏觀宏觀化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)動(dòng)力學(xué)化學(xué)動(dòng)力學(xué)統(tǒng)計(jì)力學(xué)有兩個(gè)基本出發(fā)點(diǎn)：統(tǒng)計(jì)力學(xué)有兩個(gè)基本出發(fā)點(diǎn)：一是：宏觀物質(zhì)由大量的粒子構(gòu)成；一是：宏觀物質(zhì)由大量的粒子構(gòu)成；二是：熱現(xiàn)象是大量粒子運(yùn)動(dòng)的整體表現(xiàn)。二是：熱現(xiàn)象是大量粒子運(yùn)動(dòng)的整體表現(xiàn)。粒子：泛指分子、離子、電子、光子等微觀粒子粒子：泛指分子、離子、電子、光子等微觀粒子宏觀物質(zhì)與微觀粒子的本質(zhì)性差別：有無溫度宏觀物質(zhì)與微觀粒子的本質(zhì)性差別：有無溫度1.1.1 1.1.1 緒論統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)的研究目的緒論統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)的研究目的第5頁/共40頁第6頁/共40頁第7頁/共40頁1 122iiiUnnn

3、 粒子之間的相互作用非常微弱，因此可以忽略不計(jì)，所以獨(dú)立粒子系統(tǒng)嚴(yán)格講應(yīng)稱為近獨(dú)立粒子系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的總能量應(yīng)等于各個(gè)粒子能量之和，即：第8頁/共40頁iiiUnU（位能） 相依粒子系統(tǒng)又稱為非獨(dú)立粒子系統(tǒng)，系統(tǒng)中粒子之間的相互作用不能忽略，系統(tǒng)的總能量除了包括各個(gè)粒子的能量之和外，還包括粒子之間的相互作用的位能:第9頁/共40頁第10頁/共40頁第11頁/共40頁第12頁/共40頁第13頁/共40頁克拉克克拉克.麥克斯韋麥克斯韋第14頁/共40頁Ludwig Eduard Boltzmann第15頁/共40頁1924年，印度物理學(xué)家玻色提出了有關(guān)光粒子光粒子統(tǒng)計(jì)的一項(xiàng)重要理論，并將這一結(jié)果寄

4、給愛因斯坦。愛因斯坦將這一理論擴(kuò)展到統(tǒng)計(jì)某一特定原子特定原子的領(lǐng)域中，發(fā)展成現(xiàn)在的Bose-Einstein統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)。并并預(yù)測，如果這類原子氣體被冷卻到非常低的溫度時(shí)，所有的原子都將突然以最低能量狀態(tài)聚集在一起，因此，它被稱為“凝聚”（condensation）。這就是有名的玻色玻色-愛因斯坦凝聚（愛因斯坦凝聚（Bose-Einstein condensate，簡稱，簡稱BEC）。）。美國麻省理工學(xué)院的Wolfgang Ketterle和科羅拉多大學(xué)的卡爾.威曼（Carl Wieman），艾里克.康奈爾（Eric Cornell）因?qū)嶒?yàn)上實(shí)現(xiàn)玻色愛因斯坦凝聚（簡稱BEC） 現(xiàn)象而獲2001年

5、度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 第16頁/共40頁Enrico Enrico Fermi 1901-1954 Paul Adrie Maurice Dirac19021984 第17頁/共40頁第18頁/共40頁第19頁/共40頁左邊左邊4種方式種方式1黑球在黑球在A，紅球在，紅球在B/C/D2黑球在黑球在B，紅球在，紅球在A/C/D3黑球在黑球在C，紅球在，紅球在A/B/D4黑球在黑球在D，紅球在，紅球在A/B/C右邊右邊4種方式種方式1紅球在紅球在A，黑球在，黑球在B/C/D2紅球在紅球在B，黑球在，黑球在A/C/D3紅球在紅球在C，黑球在，黑球在A/B/D4紅球在紅球在D，黑球在，黑球在A/B/C分

6、布分布2的微觀狀態(tài)數(shù)為：的微觀狀態(tài)數(shù)為：4416解答：解答：第20頁/共40頁第21頁/共40頁 可見可見 ,最概然分布的微最概然分布的微觀狀態(tài)數(shù)可以代替總觀狀態(tài)數(shù)可以代替總的微觀狀態(tài)數(shù)。的微觀狀態(tài)數(shù)。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頁/共40頁第23頁/共40頁第24頁/共40頁第25頁/共40頁 iiiAPAnPi 是體系第是體系第 i 個(gè)微態(tài)出現(xiàn)的概率；個(gè)微態(tài)出現(xiàn)的概率；Ai 是相應(yīng)物理量在第是相應(yīng)物理量在第 i 個(gè)微態(tài)中的取個(gè)微態(tài)中的取值。值。 第26頁/共40頁第27頁/共40頁2021-12-12第28頁/共40頁2021-12-12第29頁/共40頁2021-12-12第30頁/共40頁2021-12-12第31頁/共40頁2021-12-12第32頁/共40頁2021-12-12第33頁/