2022-2023学年高二物理竞赛课件：热力学复习

1 热力学复习 2 在 T<Tc 时，玻色粒子将在能级 =0 凝聚，其粒子数密度n0与总粒子数密度n具有相同的量级。所有的原子似乎都变成了同一个原子，成为不可分辨的，这就是物质的第五态。 这一现象称为玻色—爱因斯坦凝聚。Tc称为凝聚温度，凝聚在能级 =0 的粒子动量、能量和熵都为零，所以玻色—爱因斯坦凝聚也常称为动量空间中的凝聚。 因 改写为 ， 出现凝聚体的条件 3 令x=/kT, 上式代入(1)，得温度为T时=0能级上的粒子密度 4 玻色—爱因斯坦凝聚态有如下几方面的性质： (1)这些原子组成的集体步调非常一致，激光就是光子的玻色凝聚，在一束小的激光里有大量的具有确定频率和方向的光子流，超导和超流也是玻色凝聚的结果。 (2)由于玻色凝聚态的原子物质表现出了光子一样的特性，利用玻色—爱因斯坦凝聚体使光的速度降为零，可将光存储。 (3)原子凝聚体中的原子几乎不动，可用来设计精度更高的原子钟，用于太空航行和精确定位等。 5 (4) 玻色凝聚态的凝聚效应可以形成一束沿一定方向传播的宏观电子对波，这种波带电，传播中形成一束宏观电流而无需电压； (5) 可以设想利用磁场调控原子之间的相互作用，可以在物质第五态中产生类似超新星爆发的现象，甚至还可以用玻色-爱因斯坦凝聚体来模拟黑洞。 课后习题：P167, 7.1、7.2、7.3 6 1. 状态函数、热力学系统主要的状态函数及它们之间的关系。 2. 强度量与广延量的区别。 3几个与物态方程有关的物理量的定义式、物理意义以及相互关系。 4. 热力学第一、第二定律的表达式。 5.热容量。 7 1. 状态函数的全微分形式（热力学基本方程全微分表达式）； 2. 麦氏关系及其意义和简单的推导与应用（*书上例题2.1.2） 3. 特性函数与亥姆赫兹方程。 8 1. 不同系统的平衡判据。 2. 开系的热力学基本方程 3. 单元复相系平衡满足的平衡条件及平衡不满足时，过程进行的方向。 4. 相变的分类（什么是一级相变，特点，什么是二级相变，特点及表达式），能判断。 5.克拉珀龙方程。 9 1. 多元系的热力学基本方程和多元系的相变平衡条件 2. 吉布斯相律（推导及*应用4.2.1） 3. 热力学第三定律的数学表达式。 10 1. 自由粒子能量表达式及在x、y、z方向动量的可能值的表达式。经典和量子方法对粒子运动状态及系统的描述。 2. 体积V内，px到 px+dpx，py到 py+dpy，pz到 pz+dpz的动量范围内、动量大小在p到 p+dp范围内、能量在e到e+de 范围内自由粒子的量子态数的获得。 3. 什么是经典极限条件？（三个） 4. 了解玻耳兹曼分布、玻色分布和费米分布的获得；掌握它们的表达式及在满足经典极限的情况下，玻尔兹曼、玻色和费米分布的关系。 11 如参数 满足条件 e>>1 玻色分布和费米分布都过渡到玻尔兹曼分布。 此时 反之，如对所有的 m， 均成立，必须 e>>1。上述二式是等价的。 也为经典极限条件或非简并条件。 （对所有m） 12 经典极限条件满足时，玻色（费米）系统中的近独立粒子在平衡态遵从玻尔兹曼分布，但它们的微观状态数是不同的。 定域系统和满足经典极限的玻色（费米）系统虽然遵从同样的分布，但它们的微观状态数不同。前者为M.B, 后者为M.B /N!。 对由分布函数导出的热力学函数（如内能、物态方程），两者具有相同的统计表达式。而对如熵和自由能等与微观状态数有关的热力学量，两者的统计表达式有差异。 12 ，这些粒子虽然就其量子本性来说是不可分辨的，但可根据其位置而加以区分 $