2023年热力学统计物理总复习知识点.doc

热力学部分第一章 热力学的基本规律1、热力学与记录物理学所研究的对象：由大量微观粒子组成的宏观物质系统其中所要研究的系统可分为三类孤立系：与其他物体既没有物质互换也没有能量互换的系统；闭系：与外界有能量互换但没有物质互换的系统；开系：与外界既有能量互换又有物质互换的系统。2、热力学系统平衡状态的四种参量：几何参量、力学参量、化学参量和电磁参量。3、一个物理性质均匀的热力学系统称为一个相；根据相的数量，可以分为单相系和复相系。4、热平衡定律(热力学第零定律）：假如两个物体各自与第三个物体达成热平衡，它们彼此也处在热平衡.5、符合玻意耳定律、阿氏定律和抱负气体温标的气体称为抱负气体。6、范德瓦尔斯方程是考虑了气体分子之间的互相作用力（排斥力和吸引力）,对抱负气体状态方程作了修正之后的实际气体的物态方程。7、准静态过程：过程由无限靠近的平衡态组成，过程进行的每一步，系统都处在平衡态。8、准静态过程外界对气体所作的功：，外界对气体所作的功是个过程量。9、绝热过程：系统状态的变化完全是机械作用或电磁作用的结果而没有受到其他影响。绝热过程中内能U是一个态函数：10、热力学第一定律（即能量守恒定律）表述：任何形式的能量，既不能消灭也不能发明，只能从一种形式转换成另一种形式，在转换过程中能量的总量保持恒定；热力学表达式：；微分形式：11、态函数焓H：，等压过程：，与热力学第一定律的公式一比较即得：等压过程系统从外界吸取的热量等于态函数焓的增长量。12、焦耳定律：气体的内能只是温度的函数，与体积无关，即。13定压热容比：；定容热容比：迈耶公式：14、绝热过程的状态方程：；。15、卡诺循环过程由两个等温过程和两个绝热过程组成。正循环为卡诺热机，效率，逆循环为卡诺制冷机，效率为（只能用于卡诺热机）。16、热力学第二定律：克劳修斯表述：不也许把热量从低温物体传到高温物体 而不引起其他变化（表白热传导过程是不可逆的）； 开尔文（汤姆孙）表述：不也许从单一热源吸取热量使之完全变成有用的功而不引起其他变化（表白功变热的过程是不可逆的）；另一种开氏表述：第二类永动机不也许导致的。17、无摩擦的准静态过程是可逆过程。18、卡诺定理：所有工作于两个一定温度T1与T2之间的热机，以可逆机的效率为最高。并且所有的可逆机的效率都相等，与工作物质无关，只与热源温度有关。19、热机的效率：，Q1为热机从高温热源吸取的热量，Q2为热机在低温热源放出的热量。20、克劳修斯等式与不等式：。21、可逆热力学过程，不可逆热力学过程。22、热力学基本方程：。23、熵函数是一个广延量，具有可加性；对于可逆过程，熵S是一个态函数，积分与途径无关；对于绝热过程中，熵永不减少。24、抱负气体的熵函数S：；。25、熵增长原理：系统通过可逆绝热过程后熵不变，通过不可逆绝热过程后熵增长，在绝热条件下熵减少的过程是不也许实现的。熵增长原理用来判断过程进行的方向和限度。26、孤立系统内所发生的过程的方向就是熵增长的方向，若系统经绝热过程后熵不变，则此过程是可逆的；若熵增长，则此过程是不可逆的。27、熵是系统中微观粒子作无规则运动的混乱限度的量度。28、在等温等容过程中，系统的自由能（）永不增长，系统发生的不可逆过程总是朝着自由能减少的方向进行；在等温等压过程中，吉布斯函数（）永不增长，系统发生的不可逆过程总是朝着吉布斯函数减少的方向进行。第二章 均匀物质的热力学性质1、内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分（记忆方法）：；2、麦氏关系：；3、获得低温的方法重要有节流过程和绝热膨胀过程；节流过程前后气体的温度发生了变化，这个效应称之为：焦耳汤姆孙效应；对于抱负气体，节流过程前后温度不变。4、受热的物体会辐射电磁波，叫做热辐射；热平衡辐射体对电磁波的吸取和辐射达成平衡，热辐射的特性只取决于辐射体的温度，与辐射体的其他性质无关，所以说平衡辐射下，辐射体具有固定的温度。第三章 单元系的相变1、孤立系统达成平衡态的时候，系统的熵处在极大值状态，这是孤立系统平衡态的判据；假如极大值不止一个，则当系统处在较小的极大值的时候，系统处在亚稳平衡态。2孤立系统处在稳定平衡态的充要条件是：；等温等容系统处在稳定平衡态的充要条件是：；等温等压系统处在稳定平衡态的充要条件是：。3、当系统对于平衡状态而发生某种偏离的时候，系统中将会自发地产生相应的过程，直到恢复系统的平衡。4、开系的热力学基本方程：5、单元系的复相平衡条件：6、汽化线、熔解线与升华线的交点称为三相点，在三相点固、液、气三相可以平衡共存。7、单元系三相共存时，即三相（ ）的温度、压强和化学势必须相等。记录物理学部分第六章 近独立粒子的最概然分布1、粒子的能量是粒子的广义坐标和广义动量的函数，某一时刻粒子的运动状态可以用空间的一点来表达，注意，粒子在空间的轨迹并不是粒子的实际运动轨迹。2、自由粒子自由度3，空间维数6，能量（球）；线性谐振子自由度1，空间维数2，能量（椭圆）；（长度一定轻杆连接质点）转子自由度2，空间维数4，能量。3、粒子运动状态的量子描述： ；（德布罗意关系）自旋磁量子数4、粒子的自由度为，各自由度的坐标和动量的不拟定值和满足海森伯不拟定关系，相格的大小为。5、近独立粒子系统：系统中粒子之间的互相作用很弱，互相作用的平均能量远小于单个粒子的平均能量，忽略粒子之间的互相作用，系统的能量就简朴地认为是单个粒子的能量之和。6、经典物理：全同粒子可以分辨，可以跟踪粒子的轨道运动轨迹；量子物理：全同粒子不可分辨，不也许跟踪粒子的运动（不拟定关系）。7、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。玻色子：自旋量子数为整数的基本粒子或复合粒子，如：光子、介子等。8、玻耳兹曼系统：粒子可以分辨，不满足泡利不相容原理，对三个粒子两个能级体系，有9个不同的量子态；玻色系统：粒子不可以分辨，不满足泡利不相容原理，有6个不同的量子态；费米系统：粒子不可以分辨，满足泡利不相容原理，有3个不同的量子态。9、记录物理的主线问题：拟定各微观状态出现的概率；宏观状态量是相应微观物理量的记录平均值。10、等概率原理：对于平衡态的孤立系统，系统各个也许的微观状态出现的概率是相等的，等概率原理是记录热力学的基本原理。11、玻耳兹曼分布：；玻色分布：；费米分布：第七章 玻耳兹曼记录1、内能是系统中粒子无规则运动总能量的记录平均值，其登记表达式为： ，其中配分函数，。2、（玻耳兹曼系统）熵的记录物理意义：熵是混乱度的量度，某个宏观状态相应的微观状态数越多，它的混乱度就越大，熵就越大。熵的登记表达式：，其中；玻耳兹曼关系式：3、抱负气体的物态方程：4、气体满足经典极限条件（非简并条件）：，即规定（1）气体要稀薄；（2）温度要高；（3）分子的质量m要大。5、麦克斯韦速度分布：；麦克斯韦速率分布：6、最概然速率：；平均速率：；方均根速率：7、单位时间内碰到单位面积器壁上的分子数（碰壁数）：8、能量均分定理：对于处在温度为T的平衡状态的经典系统，粒子能量中每一个平方项的平均值的平均值等于。根据能量均分定理，单原子分子的平均能量为，双原子分子的平均能量【平动能+转动能+0振动能（相对运动动能+相对运动势能）】。第八章 玻色记录和费米记录1、当系统不满足非简并性条件，并且也不是定域系统时，需要采用玻色记录或费米记录的方法来解决。微观粒子全同性原理决定了两者与玻耳兹曼系统不同的宏观性质。2、巨配分函数：3、熵与微观状态数的关系：4、巨热力势和巨配分函数的关系：5、当抱负玻色气体的的临界值的时候将会出现玻色爱因斯坦凝聚现象。6、光子气体 特性1：自旋量子数为1；特性2：所有光子速度均为常数c，具有极端相对论的能量动量关系；特性3：光子系统的总粒子数不固定；能量动量关系：（用德布罗意关系证明：）7、辐射场普朗克公式：8、普朗克假说：能量是一份份传播的，即能量量子化，每一份光子的能量为，称为能量子，这是物理革命性的奔腾。9、光子气体（极端相对论粒子）状态方程：