热力学统计物理第五版汪志诚课件

热力学统计物理第五版汪志诚课件目录热力学基本概念热力学第一定律及其应用热力学第二定律及其应用目录统计物理学的基本概念和方法玻尔兹曼分布和理想气体模型能均分定理和热容理论热力学基本概念0101热力学的研究对象02热力学的研究方法热力学主要研究热现象中的宏观规律和热过程的宏观描述。热力学采用宏观实验方法，基于大量实验数据的总结和归纳，得到热现象的宏观规律。热力学的研究对象和方法01系统和环境热力学涉及系统和环境的相互作用，系统指研究对象，环境指与系统相互作用的其他物体。02状态和状态变量系统在某一时刻的状态由一组状态变量描述，如温度、压力、体积等。03热力学过程热力学过程是指系统状态随时间的变化过程。热力学的基本概念能量守恒定律，即能量不能被创造或消失，只能从一种形式转化为另一种形式。热力学第一定律熵增定律，即自然发生的热力学过程总是朝着熵增加的方向进行，熵是描述系统混乱度的物理量。热力学第二定律绝对零度定律，即绝对零度无法达到，只能无限接近。热力学第三定律热力学基本方程是描述系统状态变化关系的方程，是建立热力学理论的基石。热力学基本方程热力学定律和基本方程热力学第一定律及其应用02热力学第一定律的内容01能量守恒定律，即能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。热力学第一定律在封闭系统中的表述02ΔU=Q+W，其中ΔU为系统内能的变化，Q为系统吸收的热量，W为系统对外做的功。热力学第一定律在开放系统中的表述03ΔU=Q+W+∫(μdN/N)，其中μ为化学势，N为系统内物质的量，dN为物质的变化量。热力学第一定律010203忽略分子间相互作用和分子本身的体积的气体。理想气体的定义理想气体具有均匀的压力和温度分布，遵守玻意耳定律、盖吕萨克定律和查理定律。理想气体的性质理想气体的过程包括等温过程、等压过程、等容过程等。理想气体的过程理想气体的性质和过程实际气体在高压和低温下会表现出偏离理想气体行为的趋势，如分子间相互作用和分子本身的体积不能忽略。实际气体的状态方程包括范德华方程、波义尔方程等，这些方程能够描述实际气体的压力、体积、温度等之间的关系。实际气体的性质和状态方程实际气体的状态方程实际气体的性质热力学第二定律及其应用03热力学第二定律的数学表达$\DeltaS\geq0$，其中$\DeltaS$表示系统熵的变化量。热力学第二定律的实验验证通过实验发现，自发进行的热力学过程总是朝着熵增加的方向进行，而不是减少。热力学第二定律表述热力学过程总是朝着熵增加的方向进行，即热量总是从高温物体传导到低温物体。热力学第二定律123熵是系统的混乱度或无序度的量度，用符号S表示。熵的定义$S=k_B\lnW$，其中$k_B$是玻尔兹曼常数，W是系统可能的微观状态数。熵的计算公式热量不能自发地从低温物体传导到高温物体，即$\DeltaS\geq0$。热力学第二定律的表述熵和热力学第二定律的表述03宏观过程的不可逆性根据热力学第二定律，宏观过程具有不可逆性，即时间箭头指向熵增加的方向。01热机效率的限制根据热力学第二定律，任何热机的效率都不能超过卡诺循环的效率。02制冷机的限制根据热力学第二定律，任何制冷机的工作温度都不可能低于热力学温度。热力学第二定律的应用统计物理学的基本概念和方法04统计物理学的定义和研究对象统计物理学的研究方法统计物理学的起源和发展统计物理学的基本概念统计物理学的概念和方法概率的定义和性质随机变量及其分布大数定律和中心极限定理概率论在统计物理学中的应用01020304概率论的基本概念系统的微观状态和宏观状态微观运动规律的描述方法微观运动规律的基本概念微观运动规律在统计物理学中的应用系统微观状态的描述和微观运动规律玻尔兹曼分布和理想气体模型05玻尔兹曼分布是描述粒子在平衡态下分布的统计规律。总结词玻尔兹曼分布是描述粒子在平衡态下分布的统计规律，它基于假设，即粒子在平衡态下各方向的分布概率是相等的。详细描述玻尔兹曼分布总结词理想气体模型是一种简化的气体模型，它忽略了气体分子之间的相互作用和分子本身的体积。详细描述理想气体模型是一种简化的气体模型，它忽略了气体分子之间的相互作用和分子本身的体积，认为分子之间没有相互作用，且分子本身占据的空间可以忽略不计。理想气体模型总结词分子碰撞是指分子之间相互碰撞的过程，而平均自由程是指分子在一次碰撞后到下一次碰撞之间的平均距离。详细描述分子碰撞是指分子之间相互碰撞的过程，它是由分子之间的相互作用力引起的。平均自由程是指分子在一次碰撞后到下一次碰撞之间的平均距离，它可以通过分子的平均速度和密度来计算。分子碰撞和平均自由程能均分定理和热容理论06能均分定理是指，在热力学平衡态下，理想气体分子的每个自由度上的平均能量相等。定义证明应用能均分定理可以通过对理想气体的热力学函数进行微分证明。能均分定理可以用于计算理想气体的热力学性质，如内能、熵等。030201能均分定理热容是指单位质量或单位物质的量的物质在温度升高或降低1K时所吸收或放出的热量。定义根据不同的温度范围和物质状态，热容可以分为等容热容、等压热容、固态热容等。分类对于理想气体，等压热容和等容热容的计算公式分别为CP=nR和CV=nR。计算公式热容理论理想气体的热容包括等压