《統計熱力學》研究生課程

 

學分：3； 學時：48。

主講人：厲建龍（單數年份）、劉志榮（雙數年份）。

 

基本目的：

    統計熱力學理論把體系的宏觀性質與微觀的粒子相互作用聯系起來，對于闡明化學物質與化學反應的特性具有不可或缺的作用。本課程針對化學專業學生的基礎和需求，系統闡述統計熱力學的基本原理和方法，并适當介紹統計熱力學的典型應用。通過本課程的學習，使學生深入地掌握統計熱力學的基本概念，系統地理解經典熱力學的微觀基礎，基本掌握運用有關統計理論處理具體問題的方法。

課程精華内容一小時介紹，參見

學習強國：博雅大學堂雲課程：統計熱力學入門（劉志榮）

https://article.xuexi.cn/articles/index.html?art_id=542251632770905017

 

參考書目：

1、劉志榮，《統計熱力學》（beat365出版社，2021年）

2、Normand M. Laurendeau, Statistical thermodynamics: fundamental and applications (Cambridge University Press, 2005).

3、高執棣，郭國霖，《統計熱力學導論》（beat365出版社，2004年）。

4、田長霖(C. L. Tien)、林哈特(J. H. Lienhard)著，顧毓沁譯 ，《統計熱力學》（清華大學出版社，1987年）。

 

内容提要：

1．統計熱力學概論

——主要想法：給宏觀熱力學以微觀基礎；

——統計的必要性與威力；

——統計熱力學的基本假設；

2．獨立粒子系統的經典統計

——麥克斯韋-玻爾茲曼分布；

——熱力學第零定律的微觀解釋；

——廣義力、功、熱的微觀定義；

——熵的微觀定義，玻爾茲曼熵公式；

——能量均分原理；

3．量子統計及其經典極限

——全同粒子、交換對稱性與量子統計的類型；

——費米-狄拉克統計與玻色-愛因斯坦統計；

——費米-狄拉克統計的一個後果：泡利不相容原理；

——化學勢；

4．單組分理想氣體

——理想氣體與稀疏占據條件；

——單分子配分函數及其與體系熱力學性質的聯系；

——應用例子：單原子理想氣體的熵與Sackur-Tetrode公式；

——配分函數的分解定理；

——雙原子與多原子分子的性質：平動、轉動、振動的貢獻；

5．理想氣體混合物

——混合熵與 吉布斯佯謬；

——質量作用定律；

——平衡常數的計算；

6．系綜理論

——系綜的定義與分類；

——正則系綜、内能的漲落；

——巨正則系綜、化學勢、粒子數的漲落；

7．稠密流體

——中等稠密氣體的統計力學描述、維裡系數；

——範德瓦爾斯方程和初級分子模型；

——對應态定律；

8．固體和液體

——晶格振動的統計熱力學；

——固體的狀态方程；

——液體的格子理論；

9．輸運過程

——平均自由程；

——平均自由程和輸運性質之間的關系；

——固體的輸運性質；

10．相變的統計理論

——鐵磁體相變及其臨界奇異性；

——Ising模型及其求解；

——相變的平均場理論；

——相變的重整化群理論；