统计物理基础答案

-1-142245西南大学网络与继续教育学院课程考试答题卷学号：1422450733003姓名：顾国卫层次：专升本类别：网教专业：物理学教育2015年12月课程名称【编号】：统计物理基础【0132】A卷题号一二三四五总分评卷人得分（横线以下为答题区）一、解释如下概念1、热力学平衡态：热力学平衡是指气体达到热平衡(与周围温度相同且温度均匀)，力学平衡(处于均匀的压强下)，化学平衡(气体化学成份处处均匀)之中，它的状态参量(即P，V，T)不随时间而变化，此时气体中的热运动依然存在。2、准静态过程：准静态过程，若系统从一个平衡状态连续经过无数个中间的平衡状态过渡到另一个平衡状态，即过程中系统偏离平衡状态无限小并且随时恢复平衡状态，过程均匀缓慢且无任何突变，这样的过程称为准平衡过程或准静态过程。3、焦尔-汤姆生效应：焦耳─汤姆逊效应又称节流效应，是指流体经过节流膨胀过程前后的焓不变，其在工业上的重要用途是让流体经过节流阀进行节流膨胀，以获得低温和液化气体。4、系综：在一定的宏观条件下，大量性质和结构完全相同的、处于各种运动状态的、各自独立的系统的集合。全称为统计系综。系综是用统计方法描述热力学系统的统计规律性时引入的一个基本概念；系综是统计理论的一种表述方式。5、玻色-爱因思坦凝聚：玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)是科学巨匠爱因斯坦在80年前预言的一种新物态。这里的“凝聚”与日常生活中的凝聚不同，它表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态（一般是基态）。即处于不同状态的原子“凝聚”到了同一种状态。这种原子的凝聚是在高能物理状态下的，同种物质原子的量子的一种电子的电核凝聚。二、简述热力学第二定律的文字叙述和数字表示，它在热力学中有哪些作用？热力学第二定律（Thesecondlawofthermodynamics）又称“熵增定律”，是热力学基本定律之一。热力学第二定律内容为不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响；不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响；不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。1824年，法国工程师萨迪·卡诺提出了卡诺定理。德国人克劳修斯（RudolphClausius）和英国人开尔文（LordKelvin）在热力学第一定律建立以后重新审查了卡诺定理，意识到卡诺定理必须依据一个新的定理，即热力学第二定律。热力学第二定律表明了在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度（即“熵”）不会减小。第二定律指出在自然界中任何的过程都不可能自动地复原，要使系统从终态回到初态必需借助外界的作用，由此可见，热力学系统所进行的不可逆过程的初态和终态之间有着重大的差异，这种差异决定了过程的方向，人们就用态函数熵来描述这个差异，从理论上可以进一步证明:可逆绝热过程Sf=Si，不可逆绝热过程SfSi，式中Sf和Si分别为系统的最终和最初的熵。也就是说，在孤立系统内对可逆过程，系统的熵总保持不变；对不可逆过程，系统的熵总是增加的。这个规律叫做熵增加原理。这也是热力学第二定律的又一种表述。熵的增加表示系统从几率小的状态向几率大的状态演变，也就是从比较有规则、有秩序的状态向更无规则，更无秩序的状态演变。熵体现了系统的统计性质。热力学第二定律体现了客观世界时间的单方向性，这也正是热学的特殊性所在.热力学第二定律是热力学定律之一，是指热永远都只能由热处转到冷处。①不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。②不可能制成一种循环动作的热机，从单一热源取热，使之完全变为功而不引起其它变化。(这是从能量消耗的角度说的，它说明第二类永动机是不可能实现的）。三、写出玻耳兹曼分布公式的几种主要形式，各公式代表的物理意义及适用条件系统无序性：S=klnΩk为玻尔兹曼常量，S是宏观系统熵值，是分子运动或排列混乱程度的衡量尺度。Ω是可能的微观态数。Ω越大，系统就越混乱无序。由此看出熵的微观意义：熵是系统内分子热运动无序性的一种量度。四、写出如下几种情况的热力学第一定律的数学表示；①孤立系统中的过程：对于孤立系，热力学第一定律的表达式为：②绝热系统中的过程封闭系统能量表达式：③准静态过程-2-④气体系统中的热力学过程；⑤理想气体等温过程五、作图题在P－V图中作出：单原子分子理想气体的(a)等温过程；(b)等压过程；(c)等容过程；(a)等温过程(b)等压过程(c)等容过程六、被吸附在面积为A的平面上的分子，可作为单原子分子理想气体，分子总数N、温度T，用经典玻尔兹曼统计求气体的内能U，热容量和状态方程。-3-\