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(yè)/共40頁(yè)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(guān)平衡體系宏觀(guān)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(yè)/共40頁(yè)量子力學(xué)量子力學(xué)微觀(guān)微觀(guān) 唯理唯理 研究單個(gè)微觀(guān)粒子（原子、分子）的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)解薛研究單個(gè)微觀(guān)粒子（原子、分子）的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)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(yè)/共40頁(yè)第4頁(yè)/共40頁(yè)微觀(guān)微觀(guān)

2、量子量子力學(xué)力學(xué)微觀(guān)到宏觀(guān)微觀(guān)到宏觀(guān)統(tǒng)計(jì)力學(xué)統(tǒng)計(jì)力學(xué)宏觀(guān)宏觀(guān)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(guān)物質(zhì)由大量的粒子構(gòu)成；一是：宏觀(guān)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(guān)粒子粒子：泛指分子、離子、電子、光子等微觀(guān)粒子宏觀(guān)物質(zhì)與微觀(guān)粒子的本質(zhì)性差別：有無(wú)溫度宏觀(guān)物質(zhì)與微觀(guān)粒子的本質(zhì)性差別：有無(wú)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(yè)/共40頁(yè)第6頁(yè)/共40頁(yè)第7頁(yè)/共40頁(yè)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(chēng)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(yè)/共40頁(yè)iiiUnU（位能） 相依粒子系統(tǒng)又稱(chēng)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(yè)/共40頁(yè)第10頁(yè)/共40頁(yè)第11頁(yè)/共40頁(yè)第12頁(yè)/共40頁(yè)第13頁(yè)/共40頁(yè)克拉克克拉克.麥克斯韋麥克斯韋第14頁(yè)/共40頁(yè)Ludwig Eduard Boltzmann第15頁(yè)/共40頁(yè)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(ài)因斯坦。愛(ài)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(cè)，如果這類(lèi)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(chēng)為“凝聚”（condensation）。這就是有名的玻色玻色-愛(ài)因斯坦凝聚（愛(ài)因斯坦凝聚（Bose-Einstein condensate，簡(jiǎn)稱(chēng)，簡(jiǎn)稱(chēng)BEC）。）。美國(guó)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(ài)因斯坦凝聚（簡(jiǎn)稱(chēng)BEC） 現(xiàn)象而獲2001年

5、度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 第16頁(yè)/共40頁(yè)Enrico Enrico Fermi 1901-1954 Paul Adrie Maurice Dirac19021984 第17頁(yè)/共40頁(yè)第18頁(yè)/共40頁(yè)第19頁(yè)/共40頁(yè)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(guān)狀態(tài)數(shù)為：的微觀(guān)狀態(tài)數(shù)為：4416解答：解答：第20頁(yè)/共40頁(yè)第21頁(yè)/共40頁(yè) 可見(jiàn)可見(jiàn) ,最概然分布的微最概然分布的微觀(guān)狀態(tài)數(shù)可以代替總觀(guān)狀態(tài)數(shù)可以代替總的微觀(guān)狀態(tài)數(shù)。的微觀(guān)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(yè)/共40頁(yè)第23頁(yè)/共40頁(yè)第24頁(yè)/共40頁(yè)第25頁(yè)/共40頁(yè) 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(yè)/共40頁(yè)第27頁(yè)/共40頁(yè)2021-12-12第28頁(yè)/共40頁(yè)2021-12-12第29頁(yè)/共40頁(yè)2021-12-12第30頁(yè)/共40頁(yè)2021-12-12第31頁(yè)/共40頁(yè)2021-12-12第32頁(yè)/共40頁(yè)2021-12-12第33頁(yè)/