热力学的微观研究方法

㈠ 统计物理学和热力学比较，在研究方法上各有哪些特点

一、热力学与统计物理的研究对象、方法与特点
研究对象：宏观物体热性质与热现象有关的一切规律。
方法与特点：
热力学：
以大量实验总结出来的几条定律为基础，应用严密
逻辑推理和严格数学运算来研究宏观物体热性质与
热现象有关的一切规律。
较普遍、可靠，但不能求特殊性质。
统计物理：
从物质的微观结构出发，考虑微观粒子的热运动，
通过求统计平均来研究宏观物体热性质与热现象有
关的一切规律。
可求特殊性质，但可靠性依赖于微观结构的假设，
计算较麻烦。
两者体现了归纳与演绎不同之处，可互为补充，取长
补短。
宏观与微观的关系：
微观粒子的热运动与系统的各种宏观热
现象之间存在着内在的联系。宏
观量等于微观量的统计平均
值。
宏观与微观
宏观现象与宏观量：
宏观现象即一个系统所表现出来的各
种物理性质以及这些性质的变化规律。描述一个系统宏观
性质的物理量称为宏观量。例：
P
、
V、
T
、
E
、
C等。
微观运动与微观量：
微观运动即系统内部的微观粒子的热
运动。描述微观粒子热运动的
物理量称为微观量。例：
m
、
v
、

等。
二、热力学理论的发展
1 经典热力学
1824
年：
卡诺定理：
卡诺（Carnot）
1840’s：热力学第一定律：
能量守恒定律
迈尔（Mayer）、焦耳(Joule)
1850’s：热力学第二定律、熵增加原理：
克劳修斯（Clausius）、开尔文（Kelvin）：
1906
年：
热力学第三定律：
能斯特定理，能斯特（Nernst）
Sadi Carnot
(1796-1832 )
J.R.Mayer
(1814-1878)
J.P.Joule
(1818-1889)
R. Clausius
(1822-1888)
W. T. Kelvin
(1824-1907)
W. H. Nernst
(1864-1941)
•
不涉及时间与空间；
•
以平衡态、准静态过程、可逆过程为模型；
•
经典热力学



静热力学。
经典热力学特点：
（
1
）线性非平衡态热力学
翁萨格（Onsager），1968年诺贝尔奖
2 非平衡态热力学（1930’s）
（
2
）非线性非平衡态热力学
普里果金（Prigogine），1977年诺贝尔化学奖
Lars Onsager
(1903-1976)
Llya

Prigogine
(1917-2003)
•
工程热力学
•
有限时间热力学
•
……
3 现代热力学
三. 统计物理理论的发展
量子统计理论：

普朗克（
Planck
（
1858~1947
））爱因斯坦
（ Einstein
（
1879~1955
））、玻色、费米、狄拉克等将量子
力学理论与统计理论相结合，建立并完善了量子统计理论。
起源：
气体分子动理论（
Kinetic Theory of Gases
）
第一个气体分子动理论模型的提出：
1738
年，由瑞士物理学
家柏努利（
Daniel Bernoulli
）提出。
统计物理系统理论的建立：
奥地利物理学家玻尔兹曼
（
Ludwig Bottzmann， 1844~1906
）、美国科学家吉布斯
（ J. Willard Gibbs，

1839~1903
）等人做了统计物理奠基性
的工作，发展了统计系综理论，从而
真正开创了统计物理的
系统理论。
吉布斯
(Josiah Willard
Gibbs,1839-1903),
美国
理论物理学家,统计系
综理论的首创者
柏努利（
Daniel
Bernoulli，1700-
1782)
1
）提出柏努利原理
2
）从气体粒子碰撞
容器壁的观点说明压
强，最早采用数学方
式表述气体运动论。
麦克斯韦（
James
Clerk Maxwell 1831-
1879)
从事电磁理论、分子
物理学、统计物理
学、光学等方面的研
究，建立的电磁场理
论。

㈡ 化工热力学研究的特点和方法是什么

化工热力学研究的特点和方法是什么介绍如下：

分子热力学方法

统计力学结合构作半经验模型的方法，在化工热力学的发展过程中正起着越来越重要的作用。它使建筑在热力学基本定律上的化工热力学，在解决其主要课题时，没有受到经典热力学方法的限制。统计力学是从物质的微观模型出发，运用统计的方法，导出微观结构与宏观性质之间的关系，例如从分子间相互作用的位能函数和径向分布函数，导出p-V-T关系。

但由于分子结构十分复杂，统计力学目前还只能处理比较简单的情况。对于比较复杂的实际系统，须先作简化，建立一些半经验的数学模型，利用实验数据，回归模型参数。这种方法，在研究状态方程和活度系数方程中已广泛使用。

㈢ 化工热力学的研究方法

统计力学结合构作半经验模型的方法，在化工热力学的发展过程中正起着越来越重要的作用。它使建筑在热力学基本定律上的化工热力学，在解决其主要课题时，没有受到经典热力学方法的限制。统计力学是从物质的微观模型出发，运用统计的方法，导出微观结构与宏观性质之间的关系，例如从分子间相互作用的位能函数和径向分布函数，导出p-V-T关系。但由于分子结构十分复杂，统计力学目前还只能处理比较简单的情况。对于比较复杂的实际系统，须先作简化，建立一些半经验的数学模型，利用实验数据，回归模型参数。这种方法，在研究状态方程和活度系数方程中已广泛使用。

㈣ 与力学相比,热学研究对象,研究的方法有哪些主要区分

1、研究对象不一样。力学研究的是少体问题，主要集中于单体和两体问题。热学研究的是多粒子系统的统计热力学性质。

2、研究理论不一样。经典力学基于牛顿运动学方程，研究物体的动力学演化过程，量子力学基于薛定谔方程，研究微观粒子的动力学演化过程，相对论量子力学基于迪拉克方程，研究具有相对论效应粒子的动力学演化过程；热力学主要手段是统计的方法，得到的是多粒子的体系的平均性质。

3、作用不一样。力学可以弄清楚两个原子之间的相互作用，可以区分不同种类的原子，而热学研究的是整个原子系统的平均性质，难以区分是哪类原子，因为统计不可能具体到某个原子，是集体行为，所以研究对象和研究方法有很大差别。

(4)热力学的微观研究方法扩展阅读：

力学主要理论

1、物体运动三定律。

2、达朗贝尔原理。

3、分析力学理论。

4、连续介质力学理论。

5、弹性固体力学基本理论。

6、粘性流体力学基本理论。