系统微观运动状态的描述热力学课件.pptVIP

§6.3 系统微观运动状态的描述 系统微观运动状态:所谓系统的微观运动状态就是 它的力学运动状态． 本节限于讨论由全同和近独立粒子组成的系统， 更普遍的情形将在第九章讨论． 全同粒子:具有完全相同的属性(相同的质量、电荷、 自旋等) 近独立粒子：指系统中粒子之间相互作用很弱，相 互作用的平均能量远小于单个粒子的平均 能量，因而可以忽略粒子之间的相互作用。 整个系统的能量 是第i个粒子的能量:只是第i个粒子的坐标和 动量以及外场参量的函数，与其它粒子的坐 标和动量无关． 近独立粒子的典型例子：理想气体 *说明: 近独立粒子之间虽然相互作用微弱, 但 仍然是有相互作用的． 达到热平衡状态． 1.经典力学中如何描述系统微观运动状态？ 系统 N个粒子：i=1, 2, 3, … , N 每个粒子r个自由度: qi1, qi2, …, qir; pi1, pi2, …, pir 系统的总微观状态由2Nr个变量确定： qi1, qi2, …, qir; pi1, pi2, …, pir (i=1, 2, 3, … , N) 经典粒子：可分辨，轨道运动，可跟踪; *在含有多个全同粒子的系统中，将两个粒子的 运动状态加以交换将给出系统新的微观状态. 经典粒子：可分辨，轨道运动，可跟踪; *在含有多个全同粒子的系统中，将两个粒子的 运动状态加以交换将给出系统新的微观状态. ??一个粒子------μ空间中的一个点 由N个全同粒子组成的系统--------μ空间中N个点． 交换两个代表点在μ空间的位置，相应的系统的微 观状态是不同的． 2.量子力学中如何描述系统微观运动状态？ 全同粒子不可分辨，在含有多个全同粒子的系统中，将任何两个全同粒子加以对换，不改变整个系统的微观运动状态． 1) 量子理论的一个基本原理：微观粒子的全同性原理： 量子粒子：具有波粒二象性，非轨道运动，不可跟踪． 2) 系统的微观状态如何描述？ 全同粒子可以分辨----------定每一个粒子的个体量子态。 全同粒子不可分辨----------定每一个个体量子态上的粒子数。 如：4He气体的微观状态，归结为每一组量子数 (nx, ny, nz )所表征的个体量子态上有多少个4He原子. b）玻色子：自旋量子数为整数的基本粒子或复合粒子。 如：光子、Л介子等。 a)费米子：自旋量子数为半整数的基本粒子或复合粒子。 如：电子、质子、中子等。 c）泡利不相容原理：对于含有多个全同近独立的费米子 的系统中，一个个体量子态最多能容纳一个费米子。 4)玻耳兹曼系统、玻色系统、费米系统 玻耳兹曼系统：粒子可分辨，一个个体量子态上的粒子数 不受限制。 玻色系统：粒子不可分辨，一个个体量子态上的粒子数 不受限制。 费米系统：粒子不可分辨，且一个个体量子态 仅能容纳一个粒子。 3)量子粒子怎样占据各个个体量子态？ [例子]：玻色系统、费米系统、玻耳兹曼系统的区别 系统含有两个粒子，系统的个体量子态3个 ??a) 玻耳兹曼系统：粒子可以分辨，每一个体量 子态能够容纳的粒子数不受限制． 9个不同 的状态! ??b)玻色系统：粒子不可分辨，每一个个体量子态 所能容纳的粒子数不受限制。 6个不同 的状态! A＝B．两个粒子占据3个个体量子态有以下 的方式： ??c) 费米系统：粒子不可分辨，每一个个体量子态 最多容纳1个粒子． 3个不同 的状态! ??两个粒子占据3个个体量子态有以下的方式： 说明： ① 介绍了如何描述由全同近独立粒子组成的多粒子系 统的微观运动状态，为后面讨论近独立粒子的统计分布 作准备． ② 在经典力学基础上建立的统计物理学称为经典统计 物理学，在量子力学基础上建立的统计物理学称为量子 统计物理学. 统计原理相同，区别在于对微观运动状态的描述 ③微观粒子实际上遵从量子力学的运动规律．不过在 一定的极限条件下，可以由量子统计得到经典统计的 结果． 1、表述： §6.4 等概率原理 对于平衡态的孤立系统，系统各个可能的 微观状态出现的概率是相等的。 2、适用条件：孤立系统、平衡态、大量粒子 一.等概率原理： 3、重要性：平衡态统计物理的基本假设 二.宏观状态与微观状态的区别： 1) 热力学和统计物理学研