第五章統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理i要向容近獨(dú)立粒子體系的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性近獨(dú)立粒子體系的熱力學(xué)性質(zhì)近獨(dú)立非定域分子的配分函數(shù)理翹氣體體系的統(tǒng)計(jì)規(guī)律熱力學(xué)定律的統(tǒng)計(jì)力學(xué)解釋第五章統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理1§5-1引言統(tǒng)計(jì)力學(xué)是聯(lián)系物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性質(zhì)之間的橋梁。聯(lián)系媒介:配分函數(shù)(分子配分函數(shù)或體系配分函數(shù))配分函數(shù)與物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)有關(guān),又與宏觀性質(zhì)溫度有關(guān)。§5-1引言2§5-1引言一、目的從單個(gè)分子的性質(zhì)統(tǒng)計(jì)力學(xué)體系的宏觀性質(zhì)位置:x;y,z溫度:T動(dòng)量:Px,Pypn壓力:P質(zhì)量:m2統(tǒng)計(jì)力學(xué)質(zhì)量:m動(dòng)、位能:E,V熱力學(xué)函數(shù):轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:IUA.SAG振動(dòng)頻率:v2平衡常數(shù):K速率常數(shù):k§5-1引言3§5-1引言二、研究對象:宏觀物體經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)研究熱力學(xué)平衡態(tài)的宏觀體系平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)力學(xué)統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)研究熱力學(xué)非平衡態(tài)的宏觀體系非平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)力學(xué)、研究方法:微觀方法對分子的微觀量求統(tǒng)計(jì)平均值四、某些名詞、術(shù)語1.粒子:微觀粒子(分子、原子、電子、質(zhì)子、光子等)§5-1引言4§5-1引言封閉體系)熱力學(xué)敞開體系2.體系的分類孤立體系(2)統(tǒng)計(jì)力學(xué)分類①按粒子間有無相互作用分類近獨(dú)立粒子體系:理想氣體、理想晶體相依粒子體系:實(shí)際氣體、實(shí)際晶體②按粒子運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)分類定域粒子體系(可別粒子體系):晶體、固體非定域粒子體系(等同粒子體系):氣體§5-1引言5§5-2預(yù)備知識2-1體系微觀狀態(tài)的描述經(jīng)典力學(xué)的描述方法經(jīng)典力學(xué)統(tǒng)計(jì)力學(xué)粒子:x,y,z9r,qv,926維空間V.V.vP,P,P:∫子相宇(中空間3N個(gè)q體系:N個(gè)粒子6N維空間3N個(gè)Pp「大相宇(空間)相:運(yùn)動(dòng)狀態(tài);宇:空間自由度:確定一個(gè)質(zhì)點(diǎn)或一個(gè)體系在空間的位置所必須給出的獨(dú)立坐標(biāo)的數(shù)目§5-2預(yù)備知識6§5-2預(yù)備知識量子力學(xué)的描述方法粒子:波函數(shù)v,能量,簡并度g體系:一套分布例:100N個(gè)粒子體系能級簡并度:081828某一時(shí)刻112131480N1ON5N2N3N另一時(shí)刻/nh112731l490N5N3N2N0§5-2預(yù)備知識7s5-2預(yù)備知識體系的N個(gè)粒子的每一種可區(qū)別的分布方式,表示體系在這一時(shí)刻的一個(gè)微觀運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。、相空間與量子狀態(tài)之間的關(guān)系粒子:子相宇中的點(diǎn)→體積元h324AP·△q1=h△P·Agn=hB212△P·△q2=h體系:大相宇中的點(diǎn)→體積元h3Nh-Planck常數(shù)s5-2預(yù)備知識8§5-2預(yù)備知識22分子運(yùn)動(dòng)形式和能級表達(dá)式分子的運(yùn)動(dòng)形式平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)、電子運(yùn)動(dòng)、核運(yùn)動(dòng)分子的波函數(shù)pvryyy‘分子的能量:E=E1+E+E+E+E分子的簡并度:8=g·8r·8·8e·8n子的能級表達(dá)式三維平動(dòng)子、剛性轉(zhuǎn)子、諧振子§5-2預(yù)備知識9§5-2預(yù)備知識1.三維平動(dòng)子的平動(dòng)能ytsin(-x)sin(bDsin(nz式中:m一粒子的質(zhì)量a,b,c-長方形勢箱的邊長>y平動(dòng)量子數(shù);n、,n,n§5-2預(yù)備知識10統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件11統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件12統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件13統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件14統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件15統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件16統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件17統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件18統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件19統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件20統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件21統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件22統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件23統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件24統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件25統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件26統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件27統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件28統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件29統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件30統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件31統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件32統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件33統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件34統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件35統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件36統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件37統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件38統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件39統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件40統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件41統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件42統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件43統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件44統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件45統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件46統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件47統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件48統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件49統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件50統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件51統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件52統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件53統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件54統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件55統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件56統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件57統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件58統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件59統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件60統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件61統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件62統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件63統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件64統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件65統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件66統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件67統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件68統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件69統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件70統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件71統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件72統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件73統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件74統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件75統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件76統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件77統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件78統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件79統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件80統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件81統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件82統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件83統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件84統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件85統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件86統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件87統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件88統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件89統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件90統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件91統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件92統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件93統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件94統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件95統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件96統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件97統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件98統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件99統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件100統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件101統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件102統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件103統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件104統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件105統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件106統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件107統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件108統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件109統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件110統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件111統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件112統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件113統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件114統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件115統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件116統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件117統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件118統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件119統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件120統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件121統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件122第五章統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理i要向容近獨(dú)立粒子體系的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性近獨(dú)立粒子體系的熱力學(xué)性質(zhì)近獨(dú)立非定域分子的配分函數(shù)理翹氣體體系的統(tǒng)計(jì)規(guī)律熱力學(xué)定律的統(tǒng)計(jì)力學(xué)解釋第五章統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理123§5-1引言統(tǒng)計(jì)力學(xué)是聯(lián)系物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性質(zhì)之間的橋梁。聯(lián)系媒介:配分函數(shù)(分子配分函數(shù)或體系配分函數(shù))配分函數(shù)與物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)有關(guān),又與宏觀性質(zhì)溫度有關(guān)?！?-1引言124§5-1引言一、目的從單個(gè)分子的性質(zhì)統(tǒng)計(jì)力學(xué)體系的宏觀性質(zhì)位置:x;y,z溫度:T動(dòng)量:Px,Pypn壓力:P質(zhì)量:m2統(tǒng)計(jì)力學(xué)質(zhì)量:m動(dòng)、位能:E,V熱力學(xué)函數(shù):轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:IUA.SAG振動(dòng)頻率:v2平衡常數(shù):K速率常數(shù):k§5-1引言125§5-1引言二、研究對象:宏觀物體經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)研究熱力學(xué)平衡態(tài)的宏觀體系平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)力學(xué)統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)研究熱力學(xué)非平衡態(tài)的宏觀體系非平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)力學(xué)、研究方法:微觀方法對分子的微觀量求統(tǒng)計(jì)平均值四、某些名詞、術(shù)語1.粒子:微觀粒子(分子、原子、電子、質(zhì)子、光子等)§5-1引言126§5-1引言封閉體系)熱力學(xué)敞開體系2.體系的分類孤立體系(2)統(tǒng)計(jì)力學(xué)分類①按粒子間有無相互作用分類近獨(dú)立粒子體系:理想氣體、理想晶體相依粒子體系:實(shí)際氣體、實(shí)際晶體②按粒子運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)分類定域粒子體系(可別粒子體系):晶體、固體非定域粒子體系(等同粒子體系):氣體§5-1引言127§5-2預(yù)備知識2-1體系微觀狀態(tài)的描述經(jīng)典力學(xué)的描述方法經(jīng)典力學(xué)統(tǒng)計(jì)力學(xué)粒子:x,y,z9r,qv,926維空間V.V.vP,P,P:∫子相宇(中空間3N個(gè)q體系:N個(gè)粒子6N維空間3N個(gè)Pp「大相宇(空間)相:運(yùn)動(dòng)狀態(tài);宇:空間自由度:確定一個(gè)質(zhì)點(diǎn)或一個(gè)體系在空間的位置所必須給出的獨(dú)立坐標(biāo)的數(shù)目§5-2預(yù)備知識128§5-2預(yù)備知識量子力學(xué)的描述方法粒子:波函數(shù)v,能量,簡并度g體系:一套分布例:100N個(gè)粒子體系能級簡并度:081828某一時(shí)刻112131480N1ON5N2N3N另一時(shí)刻/nh112731l490N5N3N2N0§5-2預(yù)備知識129s5-2預(yù)備知識體系的N個(gè)粒子的每一種可區(qū)別的分布方式,表示體系在這一時(shí)刻的一個(gè)微觀運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。、相空間與量子狀態(tài)之間的關(guān)系粒子:子相宇中的點(diǎn)→體積元h324AP·△q1=h△P·Agn=hB212△P·△q2=h體系:大相宇中的點(diǎn)→體積元h3Nh-Planck常數(shù)s5-2預(yù)備知識130§5-2預(yù)備知識22分子運(yùn)動(dòng)形式和能級表達(dá)式分子的運(yùn)動(dòng)形式平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)、電子運(yùn)動(dòng)、核運(yùn)動(dòng)分子的波函數(shù)pvryyy‘分子的能量:E=E1+E+E+E+E分子的簡并度:8=g·8r·8·8e·8n子的能級表達(dá)式三維平動(dòng)子、剛性轉(zhuǎn)子、諧振子§5-2預(yù)備知識131§5-2預(yù)備知識1.三維平動(dòng)子的平動(dòng)能ytsin(-x)sin(bDsin(nz式中:m一粒子的質(zhì)量a,b,c-長方形勢箱的邊長>y平動(dòng)量子數(shù);n、,n,n§5-2預(yù)備知識132統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件133統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件134統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件135統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件136統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件137統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件138統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件139統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件140統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件141統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件142統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件143統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件144統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件145統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件146統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件147統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件148統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件149統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件150統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件151統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件152統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件153統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件154統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件155統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件156統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件157統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件158統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件159統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件160統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件161統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件162統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件163統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件164統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件165統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件166統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件167統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件168統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件169統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件170統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件171統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件172統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件173統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件174統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件175統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件176統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件177統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件178統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件179統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件180統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件181統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件182統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件183統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件184統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件185統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件186統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件187統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件188統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件189統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件190統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件191統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件192統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件193統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件194統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件195統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件196統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件197統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件198統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件199統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件200統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件201統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件202統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件203統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件204統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件205統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件206統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件207統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件208統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件209統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件210統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件211統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件212統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件213統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件214統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件215統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件216統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件217統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件218統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件219統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件220統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件221統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件222統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件223統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理課件224統(tǒng)