热力学是统计物理学吗?
创始人
2025-06-25 08:32:38
热力学是统计物理学吗?
统计物理学
统计物理学 statistical physics

根据对物质微观结构及微观粒子相互作用的认识,用概率统计的方法,对由大量粒子组成的宏观物体的物理性质及宏观规律作出微观解释的理论物理学分支。又称统计力学 。所谓大量,是以1摩尔物质所含分子数(其数量级为1023个)为尺度的。研究对象从少量个体变为由大量个体组成的群体,导致规律性质和研究方法的根本变化,大量粒子系统所遵循的统计规律是不能归结为力学规律的。统计物理是由微观到宏观的桥梁,它为各种宏观理论提供依据,已经成为气体 、液体、固体和等离子体理论的基础,并在化学和生物学的研究中发挥作用。气体动理论(曾称气体分子运动论)是早期的统计理论。它揭示了气体的压强、温度、内能等宏观量的微观本质,并给出了它们与相应的微观量平均值之间的关系。平均自由程公式的推导,气体分子速率或速度分布律的建立,能量均分定理的给出,以及有关数据的得出,使人们对平衡态下理想气体分子的热运动、碰撞、能量分配等等有了清晰的物理图像和定量的了解,同时也显示了概率、统计分布等对统计理论的特殊重要性。

非平衡态分布函数及其演化方程的建立,不仅成为输运过程微观统计理论的基础 ,而且由它定义的H函数及其遵循的 H 定理对理解 宏观过程的 不可逆性及趋于 平衡的过程起过重要作用。熵的统计意义的阐明,熵增加原理的微观统计解释表明统计理论已从平衡态向非平衡态发展,已经从对某些宏观概念和宏观规律的微观统计解释发展到对热力学第二定律这样的普遍规律作出微观统计解释。但是,气体动理论以分子为统计个体,需对分子的结构以及分子间的作用作出并无根据的猜测或假设,这是它进一步发展的根本困难和限制。

J.W. 吉布斯把整个系统作为统计的个体 ,提出研究大量系统构成的系综在相宇中的分布,克服了气体动理论的困难,建立了统计物理。在平衡态统计理论中,对于能量和粒子数固定的孤立系统,采用微正则系综;对于可以和大热源交换能量但粒子数固定的系统,采用正则系综;对于可以和大热源交换能量和粒子的系统,采用巨正则系综。这是三种常用的系综,各系综在相宇中的分布密度函数均已得出。量子统计与经典统计的研究对象和研究方法相同,在量子统计中系综概念仍然适用。区别在于量子统计认为微观粒子的运动遵循量子力学规律而不是经典力学规律,微观运动状态具有不连续性,需用量子态而不是相宇来描述。

非平衡态统计物理内容广泛,是尚在迅速发展远未成熟的学科。对处于平衡态附近的系统,研究其趋于平衡的弛豫时间及其与温度的依赖关系;对离平衡不太远,维持温度差、浓度差、电势差等而经历各种输运过程的系统,研究其各种线性输运系数,另外,还研究涨落现象。弛豫、输运、涨落是平衡态附近的主要非平衡过程。

20世纪60年代以来,对远离平衡态的物理现象进行了广泛的研究,其中最重要的是远离平衡的突变,有序结构的出现,建立了耗散结构理论,但尚未形成完整的理论体系。

热力学
热力学

thermodynamics

热学的宏观理论,是从能量转化的观点研究物质的热性质,阐明能量从一种形式转换为另一种形式时应遵循的宏观规律。热力学是根据实验结果综合整理而成的系统理论,它不涉及物质的微观结构和微观粒子的相互作用,也不涉及特殊物质的具体性质,是一种唯象的宏观理论,具有高度的可靠性和普遍性。

热力学的完整理论体系是由几个基本定律以及相应的基本状态函数构成的,这些基本定律是以大量实验事实为根据建立起来的。无论多少个物体互相接触都能达到热平衡,并且如果A物体同时与B、C两物体处于平衡态,则B、C两物体接触时也一定处于平衡态而不发生新的变化,这一热平衡规律称为热力学第零定律。由此可以引入一个状态函数温度,温度是判定一系统是否与其他系统互为热平衡的标志。热力学第一定律就是能量守恒定律,是后者在一切涉及热现象的宏观过程中的具体表现。描述系统热运动能量的状态函数是内能。通过作功、传热,系统与外界交换能量,内能改变 。热力学第二定律指出一切涉及热现象的宏观过程是不可逆的。它阐明了在这些过程中能量转换或传递的方向、条件和限度。相应的态函数是熵,熵的变化指明了热力学过程进行的方向,熵的大小反映了系统所处状态的稳定性。热力学第三定律指出绝对零度是不可能达到的。上述热力学定律以及三个基本状态函数温度、内能和熵构成了完整的热力学理论体系。为了在各种不同条件下讨论系统状态的热力学特性,还引入了一些辅助的态函数,如焓、亥姆霍兹函数(自由能)、吉布斯函数等。

从热力学的基本定律出发,应用这些态函数,经过数学推演得到系统平衡态的各种特性的相互联系,这就是热力学的方法,也是热力学的基本内容。热力学理论是普遍性的理论,对一切物质都适用,这是它的特点。在涉及某种特殊物质的具体性质时,需要把热力学的一般关系与相应的特殊规律结合起来。例如讨论理想气体时,需要利用理想气体的状态方程,等等。平衡态的热力学理论已经相当完善,并且得到了广泛的应用。

在自然界中,处于非平衡态的热力学系统(物理的,化学的,生物的)和不可逆的热力学过程是大量存在的,并且和许多重要现象有关。非平衡态热力学和不可逆过程热力学是正在发展的一个重要领域。见不可逆过程热力学。

热力学讨论分子的运动规律,针对的是大量分子的运动规律,是统计规律。
单个分子没有规律可偱,因此热力学规律对于单个分子来说没有意义。
热力学不是统计物理学,热力学是用宏观的方法研究热现象,统计物理学是用微观的方法研究热现象。虽然两者都是研究热现象的,但理论体系是完全不一样的。
热力学是一门极其优美的理论,只使用最简单的数学方法,通过四大基本定律,也就是热零定律、热一定律、热二定律、热三定律。完全不依靠实验,仅从四大基本定律推导出整个理论体系。
统计物理学则要使用复杂的数学方法,还要依靠实验。

相关内容

热门资讯

我们为什么要生活 我们为什么要生活我们什么要生活?为了吃?为了钱?还是为了享受?都不是,我们是为了我们自己的信仰与方向...
第一位玩仙剑奇侠传是何感受? 第一位玩仙剑奇侠传是何感受?很不错,都说迷宫难那是你们没玩过端游魔力宝贝,那个游戏里的迷宫绝对是最难...
1991年属羊是什么命 1991年属羊是什么命你好,1991年属羊的人幸出生后,他的命运是非常好的,在这一生当中能够遇到很多...
口才考级有用吗 口才考级有用吗用途很大,口语交际特别重要
是什么让虚构的角色具有吸引力? 是什么让虚构的角色具有吸引力?虽然这个说起来比较复杂,组成的因素比较多,但是有一个原因是很重要的,就...
一块豆腐能做什么菜? 一块豆腐能做什么菜?凉菜可以做小葱拌豆腐,热菜可以做麻婆豆腐,虾酱豆腐,还可以和鸡蛋液一起清蒸,做出...
家长怎样提醒孩子学习 家长怎样提醒孩子学习1,制定学习计划。制定学习计划是一种非常有效的方法,可以帮助孩子分配好学习时间,...
管束孩子之前要先自己了解其目的... 管束孩子之前要先自己了解其目的是什么 管束孩子之前要先自己了解其目的是什么   管束孩子之前要先自...
好久不见的歌曲 好久不见的歌曲也许一天再相逢说声好久不见 沉默了曾经我打听过你最近的生活忙碌工作之余是否有运动今天和...
什么叫:风海流、补偿流、密度流 什么叫:风海流、补偿流、密度流风海流 :盛行风吹拂海面,推动海水随风漂流,是最主要的洋流形式。补偿流...
"海阔天空'... "海阔天空'’有一首歌里面的一句,不是啊信的也不是家驹的那首歌的歌名可能不是海阔天空!不过海阔天空永...
漠北战役的时间 漠北战役的时间漠北之战,是汉武帝元狩四年(公元前119年)汉朝在漠北地区进行的一次大规模战役。
《天天狼人杀》白狼王怎么玩? 《天天狼人杀》白狼王怎么玩?白狼王技能:发言阶段自爆可以带走任意一名玩家。白狼王玩家可以点击左上角的...
圣严法师如何念佛 圣严法师如何念佛可以看看南怀瑾大师的“定慧初修”
银角大王派谁去拿幌金绳? 银角大王派谁去拿幌金绳?《西游记》银角大王用的是:幌金绳 幌金绳是《西游记》中法宝的名称,本是太上老...
老人经常给孩子玩手机怎么处理老... 老人经常给孩子玩手机怎么处理老人经常给孩子玩手机怎么办1、和婆婆多沟通。长辈都是隔辈亲的,所以一些老...
大随求菩萨和准提菩萨的区别 大随求菩萨和准提菩萨的区别大随求,梵名Mahā-pratisāraḥ ,音译作摩诃钵罗底萨落,乃观音...
找经典的死神同人文。 找经典的死神同人文。你有邮件箱么?
如果真的离开你,以后我该怎么办... 如果真的离开你,以后我该怎么办,如果以后没有你,我都不知道该何去何从要自己去选择,没有人能跟你做做主...
想给女儿起个名字,我姓吴,我老... 想给女儿起个名字,我姓吴,我老婆也姓吴请大家在名字后面注明语义,谢谢希望大家看清楚标题,我补充的是3...
销售管理的基本岗位有哪些?各自... 销售管理的基本岗位有哪些?各自的主要职能是什么岗位职责:1、制定销售系列人员基本管理办法(配置规则、...
十笔画的汉字五行属金 十笔画的汉字五行属金以下是一些符合的汉字:什、叶、早、真、古、卖、支、博、计、华、毕、针、协、卉、卓...
相亲的那些事 相亲的那些事我觉得恋爱是双方之间的事情,就靠一方的努力,是不行的,你跟她确定了恋爱,又不能亲不能抱那...
小草的启示作文 小草的启示作文那是一个凉风瑟瑟的秋天,我独自一个人出去散步,在一棵高大的杨树面前,我不由地停了下来了...
女主叫温宁男主叫陆崇的小说 女主叫温宁男主叫陆崇的小说前妻不可欺作者: 半世图腾简介:为保儿子,她百般算计,重返恶魔身边,笑靥如...
赞美牛的精神名言有哪些? 赞美牛的精神名言有哪些? 赞美牛的精神名言:1、牛,是毕生的。它在生命的最后一刻依旧注视着那还未耕完...
布兰妮·斯皮尔斯的儿子 布兰妮·斯皮尔斯的儿子爸是凯文,已经离婚了。局没判叫小甜甜是因为布兰妮刚出道时长相甜美,是美国人心中...
《拥抱幸福的小熊》的结局是什么... 《拥抱幸福的小熊》的结局是什么啊?不好意思,只帮你找到前几张,好像没有结尾。
求一些类似天堂乐队的《爱在摇滚... 求一些类似天堂乐队的《爱在摇滚的岁月》《少年》这种风格的歌。还有类似《21guns》《viva la...
把不是同一类的词语圈出来云雪风... 把不是同一类的词语圈出来云雪风山雨要去哪几个呢云、雪、风、(山) 、雨圈出 山云、雪、风、山、雨,这...