北京工业大学：《大学基础化学》课程PPT教学课件（物理化学）第九章 统计热力学 Statistic Thermodynamics

Chap 4 统计热力学 Statistic Thermodynamics

Chap.4 统计热力学 Statistic Thermodynamics

大学基础化学Ⅱ 统计热力学 G统计力学从系统内部的粒子的微观 运动性质及结构数据出发,以粒子普 遍遵循的力学定律为基础,用统计的 方法直接推求大量粒子运动的统计平 均结果,以得出平衡系统各种宏观性 质的具体数值。 2021/2/24 Chap 9 Statistic Thermodynamics 2

大学基础化学Ⅱ 2021/2/24 Chap.9 Statistic Thermodynamics 2 统计热力学  统计力学从系统内部的粒子的微观 运动性质及结构数据出发，以粒子普 遍遵循的力学定律为基础，用统计的 方法直接推求大量粒子运动的统计平 均结果，以得出平衡系统各种宏观性 质的具体数值

大学基础化学Ⅱ G用统计力学的方法处理热力学问题, 就是统计热力学的研究范畴。统计热力 学补充了宏观热力学的不足,说明了热 力学规律的本质,更深刻地反映宏观世 界的规律。在理论上属于更高一个层次 上的科学抽象,是宏观世界(热力学) 与微观世界(量子力学)之间的桥梁。 2021/2/24 Chap 9 Statistic Thermodynamics 3

大学基础化学Ⅱ 2021/2/24 Chap.9 Statistic Thermodynamics 3 用统计力学的方法处理热力学问题， 就是统计热力学的研究范畴。统计热力 学补充了宏观热力学的不足，说明了热 力学规律的本质，更深刻地反映宏观世 界的规律。在理论上属于更高一个层次 上的科学抽象，是宏观世界（热力学） 与微观世界（量子力学）之间的桥梁

大学基础化学Ⅱ (-)统计系统的分类 粒子(子): 聚集在气体,液体,固体中的分子, 原子,离子等的统称。 按粒子是否可以分辨分类 按粒子间有无相互作用分类 2021/2/24 Chap 9 Statistic Thermodynamics

大学基础化学Ⅱ 2021/2/24 Chap.9 Statistic Thermodynamics 4 (一) 统计系统的分类 粒子（子）： 聚集在气体，液体，固体中的分子， 原子，离子等的统称。 ➢按粒子是否可以分辨分类 ➢按粒子间有无相互作用分类

大学基础化学Ⅱ 按粒子是否可以分辨分类 >定城子系统:粒子有固定的平衡 位置,运动是定域化的,每个位置可以 想象给予编号而加以区别。又称可辨粒 子系统。 >离域子系统:粒子处于混乱的运 动状态,没有固定的位置,各粒子无法 彼此分辨。又称等同粒子系统。 2021/2/24 Chap 9 Statistic Thermodynamics 5

大学基础化学Ⅱ 2021/2/24 Chap.9 Statistic Thermodynamics 5 按粒子是否可以分辨分类 ➢ 定域子系统：粒子有固定的平衡 位置，运动是定域化的，每个位置可以 想象给予编号而加以区别。又称可辨粒 子系统。 ➢ 离域子系统：粒子处于混乱的运 动状态，没有固定的位置，各粒子无法 彼此分辨。又称等同粒子系统

大学基础化学Ⅱ 按粒子间有无相互作用分类 >独立子系统: 粒子间的相互作用可以忽略的系 统。确切称为近独立子系统。 >相倚子系统: 粒子间的相互作用不可忽略的系 统。 2021/2/24 Chap 9 Statistic Thermodynamics

大学基础化学Ⅱ 2021/2/24 Chap.9 Statistic Thermodynamics 6 按粒子间有无相互作用分类 ➢独立子系统： 粒子间的相互作用可以忽略的系 统。确切称为近独立子系统。 ➢相倚子系统： 粒子间的相互作用不可忽略的系 统

大学基础化学Ⅱ >在总粒子数为N,热力学能量为U, 体积为V的系统中,必存在下列关 系: >独立子系统 )=E E;:第个粒子的能量;内能为 粒子能量之和。 2021/2/24 Chap 9 Statistic Thermodynamics 7

大学基础化学Ⅱ 2021/2/24 Chap.9 Statistic Thermodynamics 7 ➢ 在总粒子数为N，热力学能量为U， 体积为V的系统中，必存在下列关 系： ➢ 独立子系统 ➢ :第i个粒子的能量；内能为 粒子能量之和。 =  = N i 1 U  i  i

大学基础化学Ⅱ 相倚子系统 N U=∑E1+Up Up:代表系统中粒孑间相互作用的总 势能与所有粒子的位置坐标有关。 主要介绍独立子系统的初步知识。 2021/2/24 Chap 9 Statistic Thermodynamics 8

大学基础化学Ⅱ 2021/2/24 Chap.9 Statistic Thermodynamics 8 相倚子系统 UP：代表系统中粒子间相互作用的总 势能,与所有粒子的位置坐标有关。 ➢ 主要介绍独立子系统的初步知识。 P N i 1 U =  i + U = 

大学基础化学Ⅱ (二)系统的宏观与微观状态 +宏观状态:指系统的热力学状态,即由足 够多的表征系统特性的宏观参数来确定。 +微观状态:系统的量子状态。在任一瞬间, 系统将处在一个由一确定的波函数v1,一个 能量E;以及一套量子数来表征的状态。这样 的一个状态即是系统的一个微观状态。 2021/2/24 Chap 9 Statistic Thermodynamics 9

大学基础化学Ⅱ 2021/2/24 Chap.9 Statistic Thermodynamics 9 (二) 系统的宏观与微观状态 宏观状态：指系统的热力学状态，即由足 够多的表征系统特性的宏观参数来确定。 微观状态：系统的量子状态。在任一瞬间， 系统将处在一个由一确定的波函数Ψi ，一个 能量Ej以及一套量子数来表征的状态。这样 的一个状态即是系统的一个微观状态

大学基础化学Ⅱ G统计系统中有大量的粒子,对于 系统的每一个给定的宏观状态,都 有巨大数目的不同的微观状态与之 对应。 G宏观状态可以通过实验观测,而 微观状态通常不能观测 2021/2/24 Chap 9 Statistic Thermodynamics 10

大学基础化学Ⅱ 2021/2/24 Chap.9 Statistic Thermodynamics 10 统计系统中有大量的粒子，对于 系统的每一个给定的宏观状态，都 有巨大数目的不同的微观状态与之 对应。 宏观状态可以通过实验观测，而 微观状态通常不能观测