热学是经典物理的重要组成部分,是关于微观上大量粒子无规则热运动的系统化认知。通过该课程的学习不仅能了解到热学的基本现象及其解释,还能理解物理学中处理复杂研究对象时的基本方法,同时还能系统应用微积分、统计方法等数学思想来构建物理学认知体系。通过热学学习和训练获得的科学思维能力,将来可以广泛应用到其它研究对象上。
使学生学会系统的研究和处理有大量粒子组成的体系的热物理性质;掌握统计规律及其基本特征,学会应用统计方法处理多粒子系统;掌握热力学基本定律和基本概念;了解输运过程、物相的概念及单元复相平衡的性质和特征,了解液体的彻体性质和表面性质等。同时在学习的过程中训练基本的物理方法,体会物理精神。
1 基本假设与研究方法
1.1热学的基本假设与研究方法
2 平衡态与状态方程
2.1状态参量与平衡态
2.2温度
2.3状态方程
2.4状态方程的应用
2.5理想气体的微观图像
单元测试:2 平衡态与状态方程
3 概率论初步与麦克斯韦分布律
3.1无序系统
3.2概率论简介
3.3麦克斯韦分布律
单元测试:3 概率论初步与麦克斯韦分布律
4 平衡态系统的一般统计规律
4.1近独立子系统的最概然分布
4.2能量均分定理与热容量
4.3*量子气体简介
单元测试:4 平衡态系统的一般统计规律
5 近平衡态中的输运过程
5.1碰撞频率与平均自由程
5.2输运现象的宏观规律
5.3气体中输运现象的微观解释
单元测试:5 近平衡态中的输运过程
6 热力学第一定律
6.1热力学第一定律
6.2热力学第一定律的应用
6.3理想气体
6.4循环过程和卡诺循环
单元测试:6 热力学第一定律
7 热力学第二定律与第三定律
7.1热力学第二定律及卡诺定理
7.2热力学熵
7.3熵增加原理
7.4热力学第二定律的统计意义
7.5热力学函数与热力学方程
7.6热力学第三定律
7.7*非平衡统计理论的新进展
单元测试:7 热力学第二定律与第三定律
8 液体
8.1液体的彻体性质
8.2液体的表面性质
单元测试:8 液体
9 单元系统的复相平衡与相变
9.1相、相变及相平衡的概念
9.2单元系的复相平衡
9.3气液相变
9.4*连续相变
单元测试:9 单元系统的复相平衡与相变
本课程要求选修者具备力学的基本知识和一定的(一元,多元)微积分,微分方程基础。
(1)李椿,《热学》,第二版,高等教育出版社,2008年.
(2)赵凯华、罗蔚茵,新概念物理教程《热学》,高等教育出版社,1998.
(3)包科达,《热物理学基础》,高等教育出版社,2002.
(4)刘玉鑫,《热学》,北京大学出版社,2016年4月.
(5)陆果,《基础物理学》下卷,高等教育出版社,1997.
(6)林宗涵,《热力学与统计物理学》,北京大学出版社,2007.