研究生热力学.pptx
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会计学2.1预备知识2.1.1波函数与简并度HH/简并度(degeneracy)///2.1.3Stirling公式(Stirlingapproximation)///2.1.4Lagrange未定乘数法(methodofLagrangemultipliers)/2.1.5二项式和多项式分布2.1.6撷取最大项法2.2微正则系综(microcanonicalensemble)宏观性质B应是系统辗转经历各种微观态时所表现的该性质的时间平均值。A2.3正则系综(canonicalensemble)极大量的(数目为A)体积为V,粒子数为N,温度为T的标本系统所组成的系综称之为正则系综。相当于将这些标本系统堆积在一起,而标本系统之间由刚性,不可渗透、导热的间壁隔开,故可以彼此传递热量但不能传递粒子。2.3.1正则配分函数(canonicpartitionfunction)标本系统的状态为:1,2,3,…i,…标本系统的能量为:E1,E2,E3,…Ei…处于各状态的标本系统数目为:a1,a2,a3,…ai,…一个分布a={aj}设整个系综的总标本系统数为A,总能量为E,则有:系综中每一个标本系统彼此可以辨别,所以对于任一特定的分布a,系综的状态数W为:AAAAA参数AA///A/2.3.2正则配分函数与热力学函数的关系将式取对数得:代入,得由前式得:2.3.3正则配分函数在相空间中的表达经典力学中,由N个质点组成的体系,其系统能量可用Hamiltonian函数表示为:系统的微观状态可由一个假想的6N维的空间,即空间或相空间(phasespace)来描述。x1,y1,z1,px1,py1,pz1x2,y2,z2,px2,py2,pz2……xN,yN,zN,pxN,pyN,pzN一维粒子状态处于一个x-px空间(空间,即分子相空间)因动量和位能对空间是近似连续的,故原配分函数的加和可以用积分代替常数C是为将上式与从量子力学得到的配分函数表达式相一致而引入的。以一维粒子为例按Heisenberg测不准原理,微观粒子坐标x及与x共轭的动量px两者不可能同时精确测定,即:对一维粒子,则在图中表示的粒子是一个的范围,即相空间中的阴影面积h对应于一个微观态。一个三维粒子的微观态对应的相体积为h3N个三维粒子的微观态对应的相体积为h3N则前式中的C为1/h3N,即把dpx1…dzN的相空间除以1/h3N,即是量子力学中的微观状态数。如N个粒子(分子)是不可区分的,配分函数由两部分组成,其中动能部分为:式中m:分子质量,h:Planck常数()令:deBrogli热波长定义:位形积分(configurationintegral)如则由配分函数知,由于配分函数中的动能部分只决定于温度,而与体积无关,状态方程只与位形积分有关,故Z是研究状态方程之基础如得到此即理想气体,故k即Boltzmann常数2.4巨正则系综(grandcanonicalensemble)极大量(数目为A)的体积为V,温度为T,化学位为的标本系统所组成的系综称为巨正则系综。相当于将这些标本系统堆积在一起,而标本系统之间由刚性,可渗透、导热的间壁隔开,故可以彼此传递热量和粒子。2.4.1巨配分函数标本系统状态数1,2,…j……粒子数为N的标本系统能量为相应系统数目为系综的总能量为E,系综的标本数为A,系综的总粒子数为N用Lagrange未定乘数法,未定乘数为,,由得:巨配分函数(grandpartitionfunction)///代入上式由热力学基本关系式知已知故得/2.4.2巨配分函数与热力学函数的关系将lnPNj表达式代入S的表达式,得:根据热力学基本关系式得//Boltzmann方程,A//////数密度(numberdensity)/2.6分子配分函数为求得正则配分函数或巨配分函数,需确定分子配分函数,i:分子处于第i个能级所具有的能量,对于分子可区别的体系,如体系中有N个分子,对于分子不可区别的体系,2.6.1平动配分函数(transitionpartitionfunction)一质量为m的气体分子在一体积为V,边长分别为x,y,z的箱子中运动,其能量为:h-Plank常数(),-平动量子数。平动配分函数为//2.6.2振动配分函数(vibrationalpartitionfunction)////2.6.3转动配分函数(rotationalpartitionfunction)////双原子分子取势能曲线最低点为基态