复旦大学：《热力学与物理统计》课程教学课件（PPT讲稿）什么是统计物理？

什么是统计物理? Statistical Physics 热力学( Thermodynamics 研究热现象和物质性质的宏观理论 (macroscopic theory) 微观( microscopIc)

什么是统计物理？ Statistical Physics 热力学（Thermodynamics） 研究热现象和物质性质的宏观理论 （macroscopic theory） 微观（ microscopic）

热传导现象 T,=500K Cu 12=300K 宏观规律:热量不能自发地从低温流向高温( Second law)。 —妇孺皆知的常识 但是,物理学家要问“前因后果

热传导现象 1T = 500 K 2 Cu T = 300 K Q 宏观规律：热量不能自发地从低温流向高温（Second Law ）。 ——妇孺皆知的常识 但是，物理学家要问“前因后果

后果 Second law Carnot定理≤7kR=1 熵( Entropy) 原因?必须深入到物质的微观结构

后果 Second Law Carnot定理 2 R 1 1 T T   = − 熵（Entropy） 原因？ 必须深入到物质的微观结构

T,=500K Cu 12=300K p大 分子、电子间碰撞传递能量热传导 根据物质的微观结构来研究热现象和物性。 统计物理( Statistical Physics)微观理论 (microscopic theory)

1T = 500 K 2 Cu T = 300 K 分子、电子间碰撞传递能量——热传导 根据物质的微观结构来研究热现象和物性。 统计物理（Statistical Physics） 微观理论 （microscopic theory） p 大 p 小

统计规律性 在经典物理中,单个粒子的运动遵守牛顿力学规律,若 已知某个粒子在初始时刻的位置和速度后,求解牛顿方 程可预言该粒子在任何时间的位置。 宏观体系是由大量原子和分子组成的。例如,在标准状 况下的气体,每立方厘米有269×109个分子。物体的宏 观性质(压强、比热、相变等)是大量分子运动的平均 结果

在经典物理中，单个粒子的运动遵守牛顿力学规律，若 已知某个粒子在初始时刻的位置和速度后，求解牛顿方 程可预言该粒子在任何时间的位置。 宏观体系是由大量原子和分子组成的。例如，在标准状 况下的气体，每立方厘米有 个分子。物体的宏 观性质（压强、比热、相变等）是大量分子运动的平均 结果。 19 2.69 10  统计规律性

如果想根据牛顿力学来确定气体的宏观性质,就要 求解1个相互碰撞的分子的牛顿方程。显然,这在 实际上是不能办到的,而且也没有必要,因为大量 粒子组成的体系出现了新的规律性—统计规律性。 根据这种新的规律性,就能确定宏观物体的性质

如果想根据牛顿力学来确定气体的宏观性质，就要 求解 个相互碰撞的分子的牛顿方程。显然，这在 实际上是不能办到的，而且也没有必要，因为大量 粒子组成的体系出现了新的规律性——统计规律性。 根据这种新的规律性，就能确定宏观物体的性质。 19 10

显示统计规律性的一个例子是气体分子运动的 速率分布。 分子运动

显示统计规律性的一个例子是气体分子运动的 速率分布。 分子运动

按速率来统计分子数目的分布n=n(v) n=200 1△y2 X10 m/s 分子数目按速率的分布

按速率来统计分子数目的分布 n n v = ( ) 分子数目按速率的分布

复旦大学物理系钟万蘅教授领导的“复旦大学CAI研 发中心”研制成了一套软件,可模拟各种分子运动论 的演变过程,包括平衡态和非平衡过程,受到各国同 行专家的称赞,达到了国际先进水平

复旦大学物理系钟万蘅教授领导的“复旦大学CAI研 发中心”研制成了一套软件，可模拟各种分子运动论 的演变过程，包括平衡态和非平衡过程，受到各国同 行专家的称赞，达到了国际先进水平

弹性碰撞公式 v1=v+[(v2-v)n]n v

弹性碰撞公式 1 v 1 v 2 v 2 v n ( ) ( ) 1 1 2 1 2 2 2 1  = + −       = − −      v v v v n n v v v v n n