統計物理?區別比較大,但是也有很深的聯系。統計物理是一種研究物理的方法,物理上單體問題和兩體問題都是可以有精確的解析解,但是三體或者以上的多體問題,很難有解析解,且一般是混沌的,對初值精確度要求太高。此時,那么,統計物理?一起來了解一下吧。
一、熱力學與統計物理的研究對象、方法與特點
研究對象:宏觀物體熱性質與熱現象有關的一切規律。
方法與特點:
熱力學:
以大量實驗總結出來的幾條定律為基礎,應用嚴密
邏輯推理和嚴格數學運算來研究宏觀物體熱性質與
熱現象有關的一切規律。
較普遍、可靠,但不能求特殊性質。
統計物理:
從物質的微觀結構出發,考慮微觀粒子的熱運動,
通過求統計平均來研究宏觀物體熱性質與熱現象有
關的一切規律。
可求特殊性質,但可靠性依賴于微觀結構的假設,
計算較麻煩。
兩者體現了歸納與演繹不同之處,可互為補充,取長
補短。
宏觀與微觀的關系:
微觀粒子的熱運動與的各種宏觀熱
現象之間存在著內在的聯系。宏
觀量等于微觀量的統計平均
值。
宏觀與微觀
宏觀現象與宏觀量:
宏觀現象即一個所表現出來的各
種物理性質以及這些性質的變化規律。描述一個宏觀
性質的物理量稱為宏觀量。例:
P
、
V、
T
、
E
、
C等。
微觀運動與微觀量:
微觀運動即內部的微觀粒子的熱
運動。描述微觀粒子熱運動的
物理量稱為微觀量。例:
m
、
v
、
?
等。
二、熱力學理論的發展
1 經典熱力學
1824
年:
卡諾定理:
卡諾(Carnot)
1840’s:熱力學第一定律:
能量守恒定律
邁爾(Mayer)、焦耳(Joule)
1850’s:熱力學第二定律、熵增加原理:
克勞修斯(Clausius)、開爾文(Kelvin):
1906
年:
熱力學第三定律:
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)
?
不涉及時間與空間;
?
以平衡態、準靜態過程、可逆過程為模型;
?
經典熱力學
?
靜熱力學。
區別比較大,但是也有很深的聯系。
統計物理是一種研究物理的方法,物理上單體問題和兩體問題都是可以有精確的解析解,但是三體或者以上的多體問題,很難有解析解,且一般是混沌的,對初值精確度要求太高。此時,必須采用統計物理,從宏觀的角度來理解多體物理問題。
對于凝聚態物理,P.W.Anderson有一句名言,至今為所有的凝聚態物理學家所信奉,那就是 more is different。實際上凝聚態物理也是多體物理問題,理論上很多凝聚態問題都屬于統計物理和量子力學的范疇,但是由于其包含的范圍很廣,現在是作為一個物理學下的二級學科獨立存在。它包含了理論和實驗兩種方向。理論目前說簡單點就是在怎么寫多體哈密頓量,怎么對角化,怎么求解薛定諤方程,實驗就是燒磚頭測電阻長膜等等。
統計物理學 statistical physics 根據對物質微觀結構及微觀粒子相互作用的認識,用概率統計的方法,對由大量粒子組成的宏觀物體的物理性質及宏觀規律作出微觀解釋的理論物理學分支。又稱統計力學 。所謂大量,是以1摩爾物質所含分子數(其數量級為10^23個)為尺度的。
定域就是某個一定的區域.非定域就是空間任何區域.
兩個單色相干點源在空間任意一點相遇,總有一確定的光程差,從而產生一定的強度分布,并能觀察到清晰的干涉條紋,這種干涉稱為非定域干涉.
在擴展光源的情況下,在空間任意一點,由光源上不同點源出發的到達該點的產生雙光束干涉的兩支相干光的光程差不同,在光程差變化大于四分之波長的區域觀察不到干涉條紋,小于四分之波長的區域,盡管采用了擴展光源,仍可觀察到清晰干涉條紋.可觀察到清晰干涉條紋的區域稱為定域區.
定域就是某個一定的區域.非定域就是空間任何區域.
J.W. 吉布斯把整個作為統計的個體 ,提出研究大量構成的系綜在相宇中的分布,克服了氣體動理論的困難,建立了統計物理。在平衡態統計理論中,對于能量和粒子數固定的孤立,采用微正則系綜;對于可以和大熱源交換能量但粒子數固定的,采用正則系綜;對于可以和大熱源交換能量和粒子的,采用巨正則系綜。這是三種常用的,各系綜在相宇中的分布密度函數均已得出。量子統計與經典統計的研究對象和研究方法相同,在量子統計中系綜概念仍然適用。區別在于量子統計認為微觀粒子的運動遵循量子力學規律而不是經典力學規律,微觀運動狀態具有不連續性,需用量子態而不是相宇來描述。
非平衡態統計物理內容廣泛,是尚在迅速發展遠未成熟的學科。對處于平衡態附近的,研究其趨于平衡的弛豫時間及其與溫度的依賴關系;對離平衡不太遠,維持溫度差、濃度差、電勢差等而經歷各種輸運過程的,研究其各種線性輸運系數,另外,還研究漲落現象。弛豫、輸運、漲落是平衡態附近的主要非平衡過程。
以上就是統計物理的全部內容,統計物理學 statistical physics 根據對物質微觀結構及微觀粒子相互作用的認識,用概率統計的方法,對由大量粒子組成的宏觀物體的物理性質及宏觀規律作出微觀解釋的理論物理學分支。又稱統計力學 。所謂大量。