华南理工大学：《物理化学》课程PPT教学课件（双语版）第九章 统计热力学基础

物理化学电子教案第九章 localised syslem 0000-focaliged systeM 4上-内容下一内容令回主目录 返回

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第九章统计热力学基础 统计热力学的研究方法 宏观理论:研究宏观现象之间的联系,又称为唯象 理论。如热力学。 微观理论:研究物质的微观本质,如量子力学。 统计热力学:联系系统的宏观现象与微观本质之间 的桥梁。从系统中微观粒子的运动来解释系统的宏 观现象。 根据统计单位的力学性质(例如速度、动量、 位置、振动、转动等),经过统计平均推求系统 的热力学性质,将系统的微观性质与宏观性质联 系起来,这就是统计热力学的研究方法。 4上-内容下一内容令回主目录 返回

上一内容 下一内容 回主目录 返回 第九章 统计热力学基础 宏观理论：研究宏观现象之间的联系，又称为唯象 理论。如热力学。 微观理论：研究物质的微观本质，如量子力学。 统计热力学：联系系统的宏观现象与微观本质之间 的桥梁。从系统中微观粒子的运动来解释系统的宏 观现象。 根据统计单位的力学性质（例如速度、动量、 位置、振动、转动等），经过统计平均推求系统 的热力学性质，将系统的微观性质与宏观性质联 系起来，这就是统计热力学的研究方法。 统计热力学的研究方法

统计热力学的基本任务 根据对物质结构的某些基本假定,以及实 验所得的光谱数据,求得物质结构的一些基本常 数,如核间距、键角、振动频率等,从而计算分 子配分函数。再根据配分函数求出物质的热力学 性质,这就是统计热力学的基本任务 4上-内容下一内容令回主目录 返回

上一内容 下一内容 回主目录 返回 统计热力学的基本任务 根据对物质结构的某些基本假定，以及实 验所得的光谱数据，求得物质结构的一些基本常 数，如核间距、键角、振动频率等，从而计算分 子配分函数。再根据配分函数求出物质的热力学 性质，这就是统计热力学的基本任务

统计热力学的基本任务 该方法的优点:将系统的微观性质与宏观性质 联系起来,对于简单分子计算结果常是令人满意 的。不需要进行复杂的低温量热实验,就能求得 相当准确的熵值 该方法的局限性:计算时必须假定结构的模型, 而人们对物质结构的认识也在不断深化,这势必 引入一定的近似性。另外,对大的复杂分子以及 凝聚系统,计算尚有困难。 4上-内容下一内容令回主目录 返回

上一内容 下一内容 回主目录 返回 统计热力学的基本任务 该方法的局限性：计算时必须假定结构的模型， 而人们对物质结构的认识也在不断深化，这势必 引入一定的近似性。另外，对大的复杂分子以及 凝聚系统，计算尚有困难。 该方法的优点： 将系统的微观性质与宏观性质 联系起来，对于简单分子计算结果常是令人满意 的。不需要进行复杂的低温量热实验，就能求得 相当准确的熵值

定域子系统和离域子系统 定域子系统( localized system) 定域子系统又称为定位系统,这种系统中的 粒子彼此可以分辨。例如,在晶体中,粒子在固 定的晶格位置上作振动,每个位置可以想象给予 编号而加以区分,所以定位系统的微观态数是很 大的。 4上-内容下一内容令回主目录 返回

上一内容 下一内容 回主目录 返回 定域子系统和离域子系统 定域子系统（localized system） 定域子系统又称为定位系统，这种系统中的 粒子彼此可以分辨。例如，在晶体中，粒子在固 定的晶格位置上作振动，每个位置可以想象给予 编号而加以区分，所以定位系统的微观态数是很 大的

定域子系统和离域子系统 离域子系统(non- focalized system) 离域子系统又称为非定位系统,基本粒子之 间不可区分。例如,气体的分子,总是处于混乱 运动之中,彼此无法分辨,所以气体是离域子系 统,它的微观状态数在粒子数相同的情况下要比 定域子系统少得多。 4上-内容下一内容令回主目录 返回

上一内容 下一内容 回主目录 返回 定域子系统和离域子系统 离域子系统（non-localized system） 离域子系统又称为非定位系统，基本粒子之 间不可区分。例如，气体的分子，总是处于混乱 运动之中，彼此无法分辨，所以气体是离域子系 统，它的微观状态数在粒子数相同的情况下要比 定域子系统少得多

独立粒子系统和相依粒子系统 独立粒子系统( assembly of independent particles) 粒子之间的相互作用非常微弱,因此可以忽 略不计,所以独立粒子系统严格讲应称为近独立 粒子系统。这种系统的总能量应等于各个粒子能 量之和,即: U=nE1+nE,+…=nE 独立粒子系统是本章主要的研究对象 4上-内容下一内容令回主目录 返回

上一内容 下一内容 回主目录 返回 独立粒子系统和相依粒子系统 独立粒子系统（assembly of independent particles） 1 1 2 2 i i i U n n n = + +  =     独立粒子系统是本章主要的研究对象 粒子之间的相互作用非常微弱，因此可以忽 略不计，所以独立粒子系统严格讲应称为近独立 粒子系统。这种系统的总能量应等于各个粒子能 量之和，即：

独立粒子系统和相依粒子系统 相依粒子系统( assembly of interacting particles) 相依粒子系统又称为非独立粒子系统,系统 中粒子之间的相互作用不能忽略,系统的总能量 除了包括各个粒子的能量之和外,还包括粒子之 间的相互作用的位能,即: U=∑mE+U(位能) 4上-内容下一内容令回主目录 返回

上一内容 下一内容 回主目录 返回 独立粒子系统和相依粒子系统 相依粒子系统（assembly of interacting particles） i i i U n U = +   （位能） 相依粒子系统又称为非独立粒子系统，系统 中粒子之间的相互作用不能忽略，系统的总能量 除了包括各个粒子的能量之和外，还包括粒子之 间的相互作用的位能，即：

量子态和能级 量子态:微观粒子的运动状态。 能级:粒子的能量状态 微观粒子的能量是量子化的,即它们具有的能量值 不能连续。 0 234↓5 个能级可能对应多个量子态。 在隔离系统中,系统的粒子数和总能量保持一定, 则有: U=∑ 4上-内容下一内容令回主目录 返回

上一内容 下一内容 回主目录 返回 量子态和能级 量子态： 微观粒子的运动状态。 能级： 粒子的能量状态。 = i N ni =  i U ni i  0 1 2 3 4 5 1  2  3  一个能级可能对应多个量子态。 微观粒子的能量是量子化的，即它们具有的能量值 不能连续。 在隔离系统中，系统的粒子数和总能量保持一定， 则有：

统计系统的分类 目前,统计主要有三种 种是 Maxwel- boltzmann统计,通常称为 Boltzmann统计 1900年 Planck提出了量子论,引入了能量 量子化的概念,发展成为初期的量子统计。 在这时期中, boltzmann有很多贡献,开始 是用经典的统计方法,而后来又有发展,加以改 进,形成了目前的 Boltzmann统计 4上一内容下一内容令回主目录 返回

上一内容 下一内容 回主目录 返回 统计系统的分类 目前，统计主要有三种： 一种是Maxwell-Boltzmann统计，通常称为 Boltzmann统计。 1900年Plonck提出了量子论，引入了能量 量子化的概念，发展成为初期的量子统计。 在这时期中，Boltzmann有很多贡献，开始 是用经典的统计方法，而后来又有发展，加以改 进，形成了目前的Boltzmann统计