復(fù)旦大學(xué)熱力學(xué)與物理統(tǒng)計(jì)課件5什么是統(tǒng)計(jì)物理

1、什么是統(tǒng)計(jì)物理？Statistical Physics熱力學(xué)（Thermodynamics） 研究熱現(xiàn)象和物質(zhì)性質(zhì)的宏觀理論 （macroscopic theory）微觀（ microscopic）熱傳導(dǎo)現(xiàn)象Cu宏觀規(guī)律： 熱量不能自發(fā)地從低溫流向高溫（Second Law ）。婦孺皆知的常識(shí)但是，物理學(xué)家要問(wèn)“前因后果”。后果Second LawCarnot定理熵（Entropy）原因？ 必須深入到物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)Cu分子、電子間碰撞傳遞能量熱傳導(dǎo)根據(jù)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)來(lái)研究熱現(xiàn)象和物性。統(tǒng)計(jì)物理（Statistical Physics）微觀理論（microscopic theory）在經(jīng)典物理中

2、，單個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)遵守牛頓力學(xué)規(guī)律，若已知某個(gè)粒子在初始時(shí)刻的位置和速度后，求解牛頓方程可預(yù)言該粒子在任何時(shí)間的位置。宏觀體系是由大量原子和分子組成的。例如，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體，每立方厘米有 個(gè)分子。物體的宏觀性質(zhì)（壓強(qiáng)、比熱、相變等）是大量分子運(yùn)動(dòng)的平均結(jié)果。統(tǒng)計(jì)規(guī)律性如果想根據(jù)牛頓力學(xué)來(lái)確定氣體的宏觀性質(zhì)，就要求解 個(gè)相互碰撞的分子的牛頓方程。顯然，這在實(shí)際上是不能辦到的，而且也沒(méi)有必要，因?yàn)榇罅苛Ｗ咏M成的體系出現(xiàn)了新的規(guī)律性統(tǒng)計(jì)規(guī)律性。根據(jù)這種新的規(guī)律性，就能確定宏觀物體的性質(zhì)。 顯示統(tǒng)計(jì)規(guī)律性的一個(gè)例子是氣體分子運(yùn)動(dòng)的速率分布。 分子運(yùn)動(dòng) 按速率來(lái)統(tǒng)計(jì)分子數(shù)目的分布 分子數(shù)目按速率的分布

3、 復(fù)旦大學(xué)物理系鐘萬(wàn)蘅教授領(lǐng)導(dǎo)的“復(fù)旦大學(xué)CAI研發(fā)中心”研制成了一套軟件，可模擬各種分子運(yùn)動(dòng)論的演變過(guò)程，包括平衡態(tài)和非平衡過(guò)程，受到各國(guó)同行專家的稱贊，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。 彈性碰撞公式5個(gè)粒子的速率分布 500個(gè)粒子的速率分布 2000個(gè)粒子的速率分布 可以想象，當(dāng) 很大很大時(shí)，像在氣體中那樣， ，速率分布 將趨向此穩(wěn)定曲線，起伏非常小，稱為 Maxwell分布。 速率分布的時(shí)間平均值 有了統(tǒng)計(jì)分布，就可以通過(guò)計(jì)算平均值來(lái)求得各種宏觀物理量，不用知道各個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)了。 前面的演示只是從計(jì)算機(jī)模擬看到的現(xiàn)象，我們自然會(huì)提出一個(gè)問(wèn)題：此現(xiàn)象背后的物理原理是什么？如何從基本原理推導(dǎo)出Maxwell 分布？這是統(tǒng)計(jì)物理的基礎(chǔ)，也是本門課程所要講解的中心內(nèi)容。粒子速率分布的動(dòng)態(tài)演示10個(gè)粒子的速率分布 100