热力学统计物理专题:系综理论

news/2025/1/18 3:52:38/

系综理论

  • 最概然分布只能处理近独立粒子系统,当微观粒子间存在相互作用时,粒子除了具有动能外还有相互作用势能,使得系统中任何一个微观粒子状态的变化都会影响到其他粒子的运动状态。在这种情况下,μ空间(单个粒子运动状态的经典描述)不再适用了,我们必须把系统作为一个整体来考虑。
  • 空间是人为想象的一个2f维超越空间,系统在某时刻的力学运动状态可用Г空间中的一个点(称为代表点)来表示;
    • 系统运动状态随时间的变化则由Г空间 中的一条轨线(也称为相轨道)来表示。
    • Г空间中的广义体积称为相体积。将Г空间的f个广义坐标和f个广义动量简记为q和p;把Г空间中的体积元记为:
    • Г空间是为了方便而引入的一个思想空间,和前面介绍过的μ空间比较,Г空间的表示具有普遍性,即不管组成系统的微观粒子之间是否存在相互作用,我们都可用Г空间表示该系统的微观运动状态。
    • 在Г空间中,式(9.1.3)表示一个(2f-1)维的曲面,称为能量曲面。

系综的概念

  • 大量性质完全相同的系统的集合
  • 真实系统存在着多少个可达到的微观状态,该系综中便有多少个系统
  • 吉布斯方法是用系综平均来代替对单个系统取时间的平均,对系综取平均正确地给出了系统的平均值

系综理论基本假设

  • 系统宏观物理量应是相应微观量在满足给定宏观条件下的一切可能微观状态上的平均值

刘维尔定理

  • 相空间中代表点密度在运动过程中保持不变
  • 设想大量结构完全相同的系统,各自从其初态独立的沿着正则方程所规定的轨道运动,这些系统运动状态的代表点在相空间中形成一个分布。

三种统计分布及其关系

微正则系综

正则系综

巨正则系综

正则分布与巨正则分布

正则分布

单原子分子理想气体

范德瓦尔斯气体

三维理想固体

巨正则分布

单原子分子理想气体

理想费米气体

理想波色气体


http://www.ppmy.cn/news/103753.html

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