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热力学统计物理授课大纲 开课学院：物理与电子信息学院 授课教师： 伍 林 职称： 副教授 专业班级： 物理12级 课程教学目标 热力学统计物理研究热运动的规律热运动宏观物质统计物理掌握热力学的基本规律和统计物理的基本理论，理解系统的各种平衡条件和正则分布，了解系统的相变理论，非平衡态统计和涨落理论。会用来解决一些基本的和专业有关的一些热运动方面的问题；热机、卡诺循环、等温过程中外界对理想气体所作的功和理想气体从外界吸收的热量及其关系、绝热过程中外界对理想气体所作的功和理想气体内能的变化及其关系、卡诺循环的效率、了解逆卡诺循环的工作系数。 4、热力学第二定律的两种表述，用反证法证明热力学第二定律的克劳修斯表述与开尔文表述等价、可逆过程和不可逆过程、无摩擦的准静态过程是可逆过程、自然界中与热现象有关的实际过程都是不可逆过程；自然界的不可逆过程是相互关联的，热传递、气体绝热自由膨胀和摩擦生热是典型的不可逆过程，说明消除这些不可逆过程的办法及其后果；卡诺定律及其推论。 5、热力学温标的引入过程、绝对零度的概念、在理想气体温标可以使用的范围内，理想气体温标与热力学温标是一致的。 克牢修斯等式和不等式； 掌握从温熵比的积分在可逆过程中与路径无关的性质引入熵概念的物理思想、熵是广延量和状态函数；理想气体熵函数的表达式的推导过程。 热力学第二定律的数学表达式、熵增加原理；了解热寂说与宇宙大爆炸理论。 9、自由能、等温过程的最大功原理、无体积功时等温等容过程的自由能变化；吉布斯函数、等温等压过程的最大功原理、无非体积功时等温等压过程的吉布斯函数变化；绝热过程、等温等容过程和等温等压过程中系统演化的性质及其与平衡态的关系。 不可逆过程发生前后熵变的计算方法（1）在已知状态参量时用理想气体熵的函数表达式计算（2）通过所设想的可逆过程（可逆但不会自然发生）求在原来不可逆过程中发生的熵变。理解熵的增加是能量退降的量度。 三个常用系统的演化 系统 态函数 演化规律 平衡态 孤立（或绝热） 取最大值 等温等容 取最小值 等温等压 取最小值 作业 1.1 1.2 1.3 1.12 1.13 1.14 1.16 1.21 1.22 1.23 第二章（8学时） 简单系统的四个基本热力学方程；V、p、T、S与U、F、G、H的关系；麦克斯韦关系。 能态方程和焓态方程及其推导、麦克斯韦关系和雅可比行列式的应用。 节流过程的特点：压强下降，焓值不变；反转温度，焦汤系数大于零、小于零和等于零产生的三种效应及其原理；绝热膨胀过程产生降温效应的原理。 由物态方程确定U、S、H，进一步确定F和G。 由特性函数确定均匀系统的全部热力学函数。 平衡辐射（黑体辐射）的特点；辐射场热力学函数的确定（U、S、G）；斯特藩-玻耳兹曼定律。 绝热去磁制冷公式及其制冷原理；磁致伸缩效应和压磁效应之间的关系。 获得低温的五种方法：节流膨胀、绝热膨胀、绝热去磁、稀释制冷和激光制冷。 作业 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.14 2.15 第三章、第四章（10学时） 虚变动、了解简单热力学系统的12个热力学判据；掌握熵判据、自由能判据和吉布斯判据。 开放系统的五个基本热力学方程：， ，， 化学势的定义：；巨热力学势的定义：。 单元二项系和单元三相系的平衡条件： 单元二项系：，， 单元三相系：，， 平衡的稳定性条件：， 能够用平衡的稳定性条件对简单系统作平衡稳定性分析；能够用熵增加原理对孤立系统内部趋向平衡的过程作热学、力学和化学平衡分析。 相图、临界点、三相点、汽化曲线：，熔解曲线：；升华曲线：。 推出克拉珀龙方程；熟悉克拉珀龙方程大于零和小于零的几种物理现象；掌握饱和蒸气压方程。 相变的分类、第一类和第二类相变的特点；推出爱伦费斯特方程的两种形式。 了解朗道连续相变理论的基本思想。 热力学第三定律的两种表述。 液滴的形成。 简单热力学系统的12个热力学判据 热力学判据 热力学关系 约束条件 演化规律 平衡态 最小 最小 最小 最小 最大 最大 最小 最小 最小 最小 最大 最大 作业 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.8 3.16 第六章（8学时） 微观粒子运动状态的经典描述；自由度、空间、空间的维数；一维自由粒子、一维线性谐振子和转子运动状态的经典描述。 微观粒子运动状态的量子描述；微观粒子的波粒二象性、德布罗意波、德布罗意关系、测不准关系；测不准关系表明微观粒子