热力学统计物理v1 1-刘川.pdf

热力学统计物理 刘 川 大学物理学院 ◦ 1 这是我热力学与统计物理课程的讲义草稿，分为热力学和统计物理两个部分。这里采用的 是比较传统的 ，即将热力学和统计物理分开讲。实际上，现在比较流行的 是把两 个部分揉在一起讲，把统计物理作为微观基础而把热力学作为统计物理的应用。当然，如 果要揉在一起讲，这个讲义必须重新安排，也许等我有空再说吧，其实将两个部分分开讲 也有它的好处，真的，不仅仅是因为没有时间（约等于懒惰）。 本讲义的结构基本与汪志诚先生的热力学统计物理教材（第二版）的结构相同。根据 实际的情况，我对部分内容做了调整。 热力学部分主要是简化了热力学基本理论的讲述，因为这些内容往往在普通物理热 学中都有所涉及。所以本课程主要是起到一个总结和深化的作用。与此同时，我适当加重 了关于相变和化学反应方面的内容，特别是关于溶液的讨论。从某种意义上说，这种调 整是必须的，因为现在的普通物理的热学中已经加入了 大量 的原先属于热力学的内容。 • • 所以在这个课程中显然没有必要将这些内容再重复一次。但是，适当的理论概括和总结是 必须的。 在统计物理部分，我适当的简化了近 子系的内容，增加了普遍的系综理论的内 容。另外，关于涨落的理论也放在系综理论中去讲述，关于布朗运动的内容则完全略去 了。另外略去的内容还有汪志诚先生书中关于量子霍尔效应、超流液氦的理论。对于将布 朗运动的内容略去，我必须深刻的反省和 。尽管我总是要求学生们课外阅读，但恐怕 还是有相当数量的学生 无动于衷。为了说明我对于布朗运动的重视，我将概率论和随 机过程的一些简单介绍放在了附录中，可以供同学们参考，也算是我的一项亡羊补牢之 举。至于说量子霍尔效应、超流液氦的内容，我认为还是不讲比较好。因为在这个课程中 不太容易将这些内容真正讲清楚。当然，我仍然建议学生们可以阅读一下这些内容。增加 的内容主要在系综理论的部分，特别是关于自旋模型及其相变的统计理论（主要是平均场 近似的理论）。关于临界现象的统计理论是近代统计物理的重要组成部分，因此我认为有 必要加强。 另外一项我加入的内容是关于热力学和统计物理的简单历史。这些内容有些取自王 竹溪先生的书，有些则是从另一些历史资料中截取的。加入这一部分的目的主要是使同学 们了解这门学科的产生、发展的过程，从这些重要历史发展中可以看到科学内在的一些规 律。这一点其实很有必要，特别是考虑到现在的教科书或讲义（包括本讲义）都不可能按 照原先历史的顺序来讲述。 这个讲义可以供本课程的同学、教师免费 。作者本人（也就是刘川！）对于讲义 中的所有内容保有 。 作者本人许可，不允许将本讲义的全部或部分翻印后以任何 I 方式销售给任何人；也不允许将其外传给非本课程的学生和教师；不允许将本讲义的部分 或全部放在网络上。 本讲义是一个草稿，其中不乏各种错误。有些错误已经在课程的授课过程中改正了， 但还有一些没有改正，欢迎大家指正。另外，讲义中的别字更是数不胜数。对于优美的祖 国语言的这种摧残，我本人深表歉意，力争在下次修改时尽量更正。所以，这个讲义的版 本在不断地更新中，我无法在每次更改时都通知读者， 我深表歉意。 A 本文利用中文LT X 进行排版，讲义的源文件恕不予公布。短期内，作者没有将本讲 E 义正式 的企图，主要是因为这个讲义还十分的简略，而且漏洞 。考虑到正式 会浪费大量宝贵的纸张和消费者的金钱，破坏森林，污染环境，得不偿失。所以，我觉得