热力学统计物理学B课程教学大纲.docx
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热力学统计物理学B课程教学大纲
热力学与统计物理B课程教学大纲
一、课程说明
(一)课程名称、所属专业、课程性质、学分;
课程名称:
热力学统计物理
所属专业:
兰州大学物理微电子专业
课程性质:
物理类专业基础课
学分:
4
(二)课程简介、目标与任务;
《热力学与统计物理B》是物理类专业学生的专业必修课,它从宏观(热力学)及微观(统计物理)角度理解物质的基本性质及其微观基础,与理论力学、量子力学、电动力学共同构成物理类专业基础课。
本课程分为热力学和统计物理两个部分。
热力学部分要求学生掌握热力学研究对象及其基本热力学定律;了解与掌握热力学系统描述的状态参数和状态函数概念,熟练掌握基本热力学函数内能、焓、熵、自由能、吉布斯函数的概念及其关系,以及如何利用这些函数解决简单物理问题,判断系统的平衡条件、平衡稳定性条件;掌握单元系和多元系的相变特性、平衡条件、吉布斯相律和化学平衡条件;了解不可逆热力学过程的基本理论及简单应用。
统计物理部分要求学生掌握等几率原理和统计思想的物理本质、基本概念,灵活运用玻尔兹曼统计、费米及玻色统计处理实际问题,熟悉系综理论的应用方法,了解涨落理论及非平衡态的统计理论。
(三)先修课程要求,与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接;
先修课程要求:
高等数学、普通物理(包括力学、热学、光学、电磁学及原子物理)、理论力学。
后续课程固体物理需要用到热力学与统计物理部分概率和知识。
(四)教材与主要参考书。
选用教材:
热力学•统计物理(第四版);作者:
汪志诚;出版日期:
2008年12月;出版社:
高等教育出版社;获奖情况:
1995年获国家教委全国优秀教材一等奖;使用情况:
教材结构框架清晰,内容丰富,前沿进展在教材相关部分有重要体现。
参考书目:
王竹溪,《热力学简程》,高教出版社,1964
王竹溪,《统计物理学导论》,第二版,高教出版社,1965
龚昌德,《热力学与统计物理学》,,高教出版社,1982
苏汝铿,《热力学与统计物理基础》,,复旦大学出版社,1990
LandauL.D.andLifshitzE.M.,StatisticalPhysics,PergamonPress,1958.
ReifF.,FundamentalofStatisticalandThermalPhysics,McGrawHillBookCompany,1965
L.E.雷克著,黄昀等校译,统计物理现代教程,上册,北京大学出版社
二、课程内容与安排
绪论
第一章 热力学的基本规律
1.1热力学系统的平衡状态及其描述;1.2热平衡定律和温度;1.3物态方程;1.4准静态过程及其功表达式;1.5内能、热量和热力学第一定律;1.6热容量和焓;1.7理想气体的内能;1.8理想气体的绝热过程;1.9理想气体的卡诺循环;1.10热力学第二定律;1.11卡诺定律;1.12热力学温标;1.13克劳修斯等式和不等式;1.14熵和热力学基本方程;1.15理想气体的熵;1.16热力学第二定律的普遍表述;1.17熵增加原理的简单应用。
第二章 均匀系统的热力学性质
2.1内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分;2.2麦氏关系及其应用;2.3气体的节流过程和绝热过程;2.4基本热力学函数的确定;2.5特性函数;2.6平衡辐射热力学;2.7磁介质热力学;2.8低温的获得。
第三章 单元系的相变
3.1热动平衡判据;3.2开系的热力学基本方程;3.3单元系的复相平衡条件;3.4单元复相系的平衡性质;3.5临界点和气液两相的转变;3.6液滴的形成;3.7相变的分类;3.8临界现象和临界指数;3.9朗道连续相变理论。
第四章 多元系的复相平衡和化学平衡
4.1多元系的热力学函数和热力学方程;4.2多元系的复相平衡条件;4.3吉布斯相律;4.4二元系相图举例;4.5化学平衡条件;4.6混合理想气体的性质;4.7理想气体的化学平衡;4.8热力学第三定律。
第五章 不可逆过程热力学简介
5.1局域熵产生率;5.2昂萨格关系;5.3温差电现象。
第六章 近独立粒子的最概然分布
6.1粒子运动状态的经典描述;6.2粒子运动状态的量子描述;6.3系统微观运动状态的描述;6.4等概率原理;6.5分布和微观状态;6.6玻耳兹曼分布;6.7玻色分布和费米分布;6.8三种分布的关系。
第七章 玻耳兹曼统计
7.1热力学量的统计表达式;7.2理想气体的物态方程;7.3麦克斯韦速度分布率;7.4能量均分定理;7.5理想气体的内能和热容量;7.6理想气体的熵;7.7固体热容量的爱因斯坦理论;7.8顺磁性固体;7.9负温度状态。
第八章 玻色统计和费米统计
8.1热力学量的统计表达式;8.2弱简并玻色气体和费米气体;8.3光子气体;8.4玻色—爱因斯坦凝聚;8.5金属中的自由电子气体;8.6简并理想费米气体;8.7准二维电子气体与量子霍尔效应。
第九章 系综理论
9.1相空间刘维尔定理;9.2微正则分布;9.3微正则分布的热力学关系式;9.4正则分布;9.5正则分布的热力学关系式;9.6实际气体的物态方程;9.7固体热容量;9.8液He的性质和朗道超流理论;9.9铁磁性的平均场理论;§9.10巨正则分布;9.11巨正则分布的热力学关系式;9.12巨正则分布的简单应用。
第十章 涨落理论
10.1涨落的准热力学理论;10.2临界点附近的涨落和关系;10.3布朗运动理论;10.4布朗运动的时间关联函数。
第十一章 非平衡态的统计理论
11.1玻耳兹曼方程的弛豫时间近似;11.2气体粘滞现象;11.3金属电导率;11.4玻耳兹曼积分微分方程;11.5H定理;11.6细致平衡原理与平衡态的分布函数。
(一)教学方法与学时分配
绪论(2学时)
第六章 近独立粒子的最概然分布------------------------(共6学时)
§6.1粒子运动状态的经典描述
§6.2粒子运动状态的量子描述
§6.3系统微观运动状态的描述
§6.4等概率原理-----------------------------------------2学时
§6.5分布和微观状态
§6.6玻耳兹曼分布---------------------------------------2学时
§6.7玻色分布和费米分布
§6.8三种分布的关系-------------------------------------2学时
第七章 玻耳兹曼统计-----------------------------------(共8学时)
§7.1热力学量的统计表达式
§7.2理想气体的物态方程
§7.3麦克斯韦速度分布率---------------------------------2学时
§7.4能量均分定理
§7.5理想气体的内能和热容量-----------------------------2学时
§7.6理想气体的熵
§7.7固体热容量的爱因斯坦理论---------------------------2学时
§7.8顺磁性固体
§7.9负温度状态-----------------------------------------2学时
第八章 玻色统计和费米统计-----------------------------(共8学时)
§8.1热力学量的统计表达式
§8.2弱简并玻色气体和费米气体---------------------------2学时
§8.3光子气体
§8.4玻色——爱因斯坦凝聚-------------------------------2学时
§8.5金属中的自由电子气体
§8.6简并理想费米气体简例
§8.7准二维电子气体与量子霍尔效应-----------------------2学时
第一章 热力学的基本规律------------------------------(共10学时)
§1.1热力学系统的平衡状态及其描述
§1.2热平衡定律和温度-----------------------------------2学时
§1.3物态方程
§1.4准静态过程及其功的表达式
§1.5内能、热量及热力学第一定律--------------------------2学时
§1.6热容量和焓
§1.7理想气体的内能
§1.8理想气体的绝热过程
§1.9理想气体的卡诺循环---------------------------------2学时
§1.10热力学第二定律
§1.11卡诺定律
§1.12热力学温标
§1.13克劳修斯等式和不等式------------------------------2学时
§1.14熵和热力学基本方程
§1.15理想气体的熵
§1.16热力学第二定律的普遍表述
§1.17熵增加原理及其应用--------------------------------2学时
第二章 均匀系统的热力学性质---------------------------(共6学时)
§2.1内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分
§2.2麦氏关系及其应用
§2.3气体的节流过程和绝热过程---------------------------2学时
§2.4基本热力学函数的确定
§2.5特性函数-------------------------------------------2学时
§2.6平衡辐射热力学
§2.7磁介质热力学
§2.8低温的获得-----------------------------------------2学时
第三章 单元系的相变-----------------------------------(共8学时)
§3.1热动平衡判据
§3.2开系的热力学基本方程
§3.3单元系的复相平衡条件-------------------------------2学时
§3.4单元复相系的平衡性质
§3.5临界点和气液两相的转变-----------------------------2学时
§3.6液滴的形成
§3.7相变的分类-----------------------------------------2学时
§3.8临界现象和临界指数
§3.9朗道连续相变理论-----------------------------------2学时
第四章 多元系的复相平衡和化学平衡--------------------(共6学时)
§4.1多元系的热力学函数和热力学方程
§4.2多元系的复相平衡条件
§4.3吉布斯相律-----------------------------------------2学时
§4.4二元系相图举例
§4.5化学平衡条件
§4.6混合理想气体的性质---------------------------------2学时
§4.7理想气体的化学平衡
§4.8热力学第三定律-------------------------------------2学时
第五章 不可逆过程热力学简介---------------------------(共2学时)
§5.1局域熵产生率
§5.2昂萨格关系
§5.3温差电现象-----------------------------------------2学时
第九章 系综理论------------------------------------
- 配套讲稿:
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