教学工作

2016年秋季,热力学与统计物理学,物试41,42,助教

2017年秋季,热力学与统计物理学,物试51,52,助教

2018年秋季,大学物理实验,主讲

热力学与统计物理

 

最新通知:

期末答疑:12月29日早、晚(下午开会);30日早上、下午

期末考试:12月31日早上8:30-11:00,中二楼2202教室

主讲:王延申(办公室:仲英楼B707),助教:钟渊(办公室:仲英楼B803) 学时:80

平时答疑每周四晚 20:00-22:00,仲英楼B707

参考教材:林宗涵,《热力学与统计物理》

其他参考书

1. 汪志诚,《热力学*统计物理》(第五版),与林书体系大体一致,内容相近,更薄。

2. 苏汝铿,《统计物理学》(第二版),第二章Boltzmann最概然分布理论和第三章Gibbs系综理论的介绍比较详细。

 

2017年秋课程笔记:

第一周(三次课):

1(绪论,热力学系统分类,平衡态,热力学参量,Gibbs相率,温度的引入);

2(第零定律,温度,温度计,温标,状态方程,三个响应函数,常见的状态方程(气、液、固,磁介质),热力学过程,破坏平衡的两种外部因素:功与热)

3(热力学第一定律,几种典型的功(体积,表面,电磁功),第一定律的适用范围,热量的传递与热容C_V, C_p,内能的计算(理想气体为例))

第二周(两次):

1 (循环过程,例一:理想气体卡诺循环的效率,热力学第二定律的文字表述及其等价性,第二定律的本质、不唯一性和意义),

2 (学生讨论2nd law的文字表述,温熵图;卡诺定理;热力学温标;克劳修斯等式与不等式;熵的引入)

第三周(三次):

1 (绝热过程与等熵过程的关系;全微分与积分因子;热力学基本方程;第二定律的普遍表述)

2 (提问第二定律的本质;勒让德变换;麦克斯韦关系的记忆法;麦氏关系的应用:1. C_p与C_V之间的一般关系; 2. 节流过程)

3(第一次习题课)

第四周(两次):

1 热力学中严格的广延量U,V,S,范德瓦尔斯气体的焦汤系数,准静态绝热过程温度随压强的变化,磁介质的绝热去磁降温,热力学基本函数f,U,S;例子p-T-V系统如何由实验参量确定三个基本函数?

2 特性函数;例子:已知磁化率(状态方程)和热容如何求出自由能?;平衡热辐射的热力学;关于磁介质系统的补充(若体积也变化,则Maxwell关系更多,磁致伸缩效应、压磁效应)

 

第五周(一次,因国庆节放假)

1. 平衡判据,开系的热力学公式,单元复相平衡条件

第六周(两次):

1. 平衡的稳定性条件   +  第二章习题课

2. 克拉珀龙方程,麦克斯韦等面积法则

第七周(三次):

1. 相变的分类,铁磁相变,对称性及其自发破缺,序参量,临界现象和临界指数。朗道二级相变理论

2. 朗道二级相变理论(续)(缺课)

3. 多元复相系(缺课)

第八周(两次):

1. 混合理想气体的热力学函数,道尔顿分压定理,Gibbs佯谬,热力学第三定律

2. 统计物理的方法,粒子运动的经典和量子描述,系统的微观描述

第九周(三次):

1. 第三次习题课

2. 系统的相空间,分布和微观态,最概然分布,

3. 对最概然分布的偏离,连续能级的能态密度,经典极限条件,M.B.分布中的热力学函数

 

第十周(两次):

1. 理想气体的单粒子配分函数,热波长,Gibbs佯谬,Maxwell速率分布

2. 麦克斯韦速度、速率分布的应用:(1)相对速度的平均值;(2)光谱的多普勒展宽

第十一周(三次):

1. 能均分定理,理想气体的量子修正,特征温度,热容与能级结构

2. 第四次习题课    附件:(1) 碘化氢分解度.pdf;(2)二项分布.pdf;(3)概率基础知识汪志诚书附录BKevin Cahill-Physical Mathematics Ch13

3. 估算平动的特征温度,固体热容的Einstein理论,顺磁性固体

第十二周(两次):

1. 顺磁性固体的热容行为(肖特基行为),二能级系统与负温度状态,B.E.和F.D.系统的巨配分函数

2. 弱简并理想玻色、费米气体;BEC

第十三周(三次):

1. 光子气体和自由电子气体  作业:15、16、18、19、24、25

2. 系综理论的基本概念、刘维尔定理、微正则系综、例子:理想气体  new: 笔记里面没有详细记录推导,具体的过程请看:汪志诚书中的讨论

3. 微正则系综的讨论,正则系综,吉布斯校正因子

第十四周(两次):

1. 正则系综理论推导范德瓦尔斯气体方程 (钟渊讲:个人笔记课堂演示文稿

2. 巨正则系综,PTN系综

第十五周(三次):

1. 巨正则系综的应用:固体表面的吸附率、N个粒子出现在V内的概率、推导三种最概然分布

2. 一维伊辛模型平均场、精确解 (钟渊讲)  打开需要密码:教室号

3. 重整化群理论简介(一):关联长度、标度律、普适类 (毛施君讲)

第十六周(两次):

1. 重整化群理论简介(二):粗粒化,重整化群方程,稳定和不稳定不动点 (毛施君讲)

2. 第7章习题(钟渊讲);第8章习题和考试安排

习题的重要性:

如何成为一个高手: http://v.youku.com/v_show/id_XMTY4OTY3NjU3Ng==.html

  • Taking a course without working the problems is like skydiving without a parachute. Initially there is a breezy sense of freedom and daring. But then, there is the inevitable jolt that comes at the end for those who went unprepared.

习题Markdown模板:md模板pdf模板

杂记:

1. 范德瓦尔斯气体的相图(Mathematica代码)

2. Ising model的文章:(1) The conformal bootstrap; (2) 90 years of the Ising model; (3)History of the Lenz-Ising Model

思考题

1. 为什么焓只有在等压条件下才具有可加性?

答:常规热力学中在任何条件下都是广延量(即具有可加性)的物理量只有U,S,V(N是不是?)。而像H,G,F的可加性都是有条件的,原因可以从这些量的定义看出:H=U+pV,由于U,V是广延量,p是强度量所以只有当p不变时H才是可加的。同理可知F只有在等温条件下可加,而G必须在等温等压的条件下才具有可加性。

2. 如何理解一个系统如果粒子数不守恒则体系达到平衡态时必有化学式mu=0?

答:这可根据第三章系统达到平衡时的化学平衡条件得出。

3. 怎样从巨正则系综理论的角度理解最概然分布一章中引入的玻色、费米体系的巨配分函数?那里的巨配分函数只有对能级的求和,这是为什么?