現(xiàn)代物化電子－湖南大學(xué)統(tǒng)計熱力學(xué)緒論學(xué)習(xí)教案

1、現(xiàn)代現(xiàn)代(xindi)物化電子湖南大學(xué)統(tǒng)計熱物化電子湖南大學(xué)統(tǒng)計熱力學(xué)緒論力學(xué)緒論第一頁，共40頁。第1頁/共40頁第二頁，共40頁。1.1.1 1.1.1 緒論統(tǒng)計緒論統(tǒng)計(tngj)(tngj)熱力學(xué)的研熱力學(xué)的研究目的究目的經(jīng)典熱力學(xué)：以宏觀平衡體系經(jīng)典熱力學(xué)：以宏觀平衡體系(tx)為為研究對象研究對象, 以熱力學(xué)定律為基礎(chǔ)以熱力學(xué)定律為基礎(chǔ),嚴(yán)密的嚴(yán)密的演繹推理，尋找規(guī)律演繹推理，尋找規(guī)律.第2頁/共40頁第三頁，共40頁。量子力學(xué)量子力學(xué)(lin z l xu)微觀微觀 唯理唯理 研究單個微觀粒子（原子、分子）的運(yùn)研究單個微觀粒子（原子、分子）的運(yùn)動狀態(tài)動狀態(tài)(zhungti)，通過

2、解薛定諤方程得，通過解薛定諤方程得到粒子的波函數(shù)和能態(tài)，可獲得粒子的角到粒子的波函數(shù)和能態(tài)，可獲得粒子的角動量、轉(zhuǎn)動慣量、振動頻率等。動量、轉(zhuǎn)動慣量、振動頻率等。第3頁/共40頁第四頁，共40頁。第4頁/共40頁第五頁，共40頁。微觀微觀量子量子力學(xué)力學(xué)微觀到宏觀微觀到宏觀統(tǒng)計力學(xué)統(tǒng)計力學(xué)宏觀宏觀化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)動力學(xué)化學(xué)動力學(xué)統(tǒng)計力學(xué)有兩個統(tǒng)計力學(xué)有兩個(lin )基本出發(fā)點(diǎn)：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)動的整體表現(xiàn)。二是：熱現(xiàn)象是大量粒子運(yùn)動的整體表現(xiàn)。粒子：泛指分子、離子、電子、光子等微觀粒子粒子：泛指分子、

3、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)計熱力學(xué)的研究緒論統(tǒng)計熱力學(xué)的研究(ynji)(ynji)目的目的第5頁/共40頁第六頁，共40頁。第6頁/共40頁第七頁，共40頁。第7頁/共40頁第八頁，共40頁。 粒子之間的相互作用非常微弱，因此可以忽略不計，所以獨(dú)立(dl)粒子系統(tǒng)嚴(yán)格講應(yīng)稱為近獨(dú)立(dl)粒子系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的總能量應(yīng)等于各個粒子能量之和，即：第8頁/共40頁第九頁，共40頁。 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(ch le)包括各個粒

4、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頁第十頁，共40頁。第10頁/共40頁第十一頁，共40頁。第11頁/共40頁第十二頁，共40頁。第12頁/共40頁第十三頁，共40頁。第13頁/共40頁第十四頁，共40頁。克拉克克拉克.麥克斯韋麥克斯韋(mi k s wi)第14頁/共40頁第十五頁，共40頁。Ludwig Eduard Boltzmann第15頁/共40頁第十六頁，共40頁。1924年，印度物理學(xué)家(w l xu ji)玻色提出了有關(guān)光粒子統(tǒng)計的一項重要理論，并將這一結(jié)果寄給愛因斯坦。愛因斯坦將這一理論擴(kuò)展到統(tǒng)計某一特定原子的領(lǐng)域中，發(fā)展成現(xiàn)在的Bose-Eins

5、tein統(tǒng)計。并預(yù)測，如果這類原子氣體被冷卻到非常低的溫度時，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-愛因斯坦凝聚（Bose-Einstein condensate，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年度諾貝爾物理學(xué)獎。 第16頁/共40頁第十七頁，共40頁。Enrico Enrico Fermi 1901-1954 Paul Adri

6、e Maurice Dirac19021984 第17頁/共40頁第十八頁，共40頁。第18頁/共40頁第十九頁，共40頁。第19頁/共40頁第二十頁，共40頁。左邊左邊(zu bian)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(fngsh)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分布分布2的微觀狀態(tài)數(shù)為：

7、的微觀狀態(tài)數(shù)為：4416解答：解答：第20頁/共40頁第二十一頁，共40頁。第21頁/共40頁第二十二頁，共40頁。 可見可見(kjin) ,最概然分布的最概然分布的微觀狀態(tài)數(shù)可以代替總的微觀狀態(tài)數(shù)可以代替總的微觀狀態(tài)數(shù)。即最概然分微觀狀態(tài)數(shù)。即最概然分布可以代替一切分布。布可以代替一切分布。第22頁/共40頁第二十三頁，共40頁。第23頁/共40頁第二十四頁，共40頁。第24頁/共40頁第二十五頁，共40頁。所以，熵又是所以，熵又是系統(tǒng)混亂度的系統(tǒng)混亂度的量度。量度。第25頁/共40頁第二十六頁，共40頁。nPi 是體系第是體系第 i 個微態(tài)出現(xiàn)的概率個微態(tài)出現(xiàn)的概率(gil)；Ai 是相應(yīng)物理量在第是相應(yīng)物理量在第 i 個微態(tài)中的取值。個微態(tài)中的取值。 第26頁/共40頁第二十七頁，共40頁。第27頁/共40頁第二十八頁，共40頁。第28頁/共40頁第二十九頁，共40頁。第29頁/共40頁第三十頁，共40頁。第30頁/共40頁第三十一頁，共40頁。第31頁/共40頁第三十二頁，共40頁。第32頁/共40頁第三十三頁，共40頁。第33頁/共40頁第三十四頁，共40頁