课程详细信息

课程代码 :
PO6019
课程名称 :
统计热力学
课程英文名称 :
Statistical Thermodynamics
课程简称:
类型 :
一级学科
开课学期:
春季
学科/院系:
动力工程及工程热物理
课程学分:
3
是否跨学期 :
总学时:
48
实验课学时 :
讨论学时 :
周学时 :
课程性质 :
专业课
课程层次 :
博士课程
课程分类 :
全日制课程
课程类型 :
(0807)动力工程及工程热物理
考试方式:
上课方式:
课程教材语种类型:
中文教材
授课语言类型:
仅中文
成绩等级 :
通过不通过
是否绩点统计 :
开课状态 :
开课
任课老师:
课程简介 :
本课程是针对动力工程及工程热物理学科和核工程学科的一门基础理论课,主要介绍基于物质的微观模型的宏观性质。基于物质的微观构成,用统计的方法来研究,理解物质的宏观性质,是统计热力学的基本任务。在课程中,将首先介绍物质的基本构成,基本相互作用和主要的唯象相互作用模型;着重介绍大量微观粒子系统的统计性质和规律,详细介绍统计物理的系综理论并用以处理气体,相变和临界现象等具体问题;介绍非平衡统计的基本思路和概况;介绍相关的数值方法。
课程英文简介:
The course focus on the introduction to the macroscopic properties of matter based on microscopic models, which forms solid theoretical bases for understanding and application of thermal phenomena. One of the greatest achievements of 20th century physics is the discovery and confirmation of the ultimate constitution of matter, i.e. the basic blocks of macroscopic matter are proton, neutron and electron from which different atoms formed. Based on the microscopic constitution of matter, the investigation and understanding of macroscopic properties of matter by means of statistical methods is the basic objects of statistical thermodynamics. In this course, the constitution of matter, its basic interaction and the derived interactions will be introduced first; then the statistical law emerged from large number of particles will be presented along with detailed treatment of the ensemble theory and its application in gases, phase transition and critical phenomenon. An brief introduction of the non-equilibrium statistical physics as well as a preliminary exposure of Monte Carlo methods in statistical physics will be given. 1. Constitution of Matter (4 hours/lecture) 2. Statistical physics of nearly non-interacting particles (6 hours/lecture) 3. Kinetics of gases (4 hours/lecture) 4. Ensemble theory (6 hours/lecture) 5. Applications of ensemble theory (4 hours/lecture) 6. Introduction to phase transitions and critical phenomenon (8 hours/lecture) 7. Brief introduction of non-equilibrium statistical physics (10 hours/lecture) 8. Numerical methods in statistical physics (4 hours/lecture + 2 hours/practice)
教学大纲:
1. 物质的构成 (4学时/课堂教学) 物质的微观模型,原子,核,质子,中子,电子;量子力学简介;电磁相互作用和分子的有效相互作用。 2. 近独立粒子系统的统计(6学时/课堂教学) 玻尔兹曼统计,化学势的概念,热力学公式,理想气体的性质;费米分布与玻色分布,玻色-爱因斯坦凝聚。 3. 气体动理论(即气体分子运动论)(4学时/课堂教学) 近独立粒子的输运性质,包括能量输运(热传导),质量输运(扩散)。 4. 系综理论(6学时/课堂教学) 相空间,微观状态与宏观状态;微正则系综和统计物理的基本假设;正则系综,巨正则系综,等压系综的引入,热力学公式与特性函数。初等应用:理想气体。 5. 系综理论的初步应用(4学时/课堂教学) 实际气体的物态方程; Ising模型和分子场理论;一维Ising模型的解。 6. 相变与临界现象介绍(8学时/课堂教学) 临界现象介绍,朗道的平均场理论;二维Ising模型的精确解;李杨相变理论;标度率与普适性,重整化群初步。 7. 非平衡统计物理(10学时/课堂教学) 近平衡系统和涨落,线性响应理论,涨落耗散定理,翁撒格倒易关系;布朗运动,福克-普朗克方程;玻尔兹曼方程简介。 8. 数值方法(4学时/课堂教学+2学时/实习) 蒙特卡罗方法简介,正则系综和等压系综的模拟。
教学进度:
1. 物质的构成 (4学时/课堂教学) 物质的微观模型,原子,核,质子,中子,电子;量子力学简介;电磁相互作用和分子的有效相互作用。 2. 近独立粒子系统的统计(6学时/课堂教学) 玻尔兹曼统计,化学势的概念,热力学公式,理想气体的性质;费米分布与玻色分布,玻色-爱因斯坦凝聚。 3. 气体动理论(即气体分子运动论)(4学时/课堂教学) 近独立粒子的输运性质,包括能量输运(热传导),质量输运(扩散)。 4. 系综理论(6学时/课堂教学) 相空间,微观状态与宏观状态;微正则系综和统计物理的基本假设;正则系综,巨正则系综,等压系综的引入,热力学公式与特性函数。初等应用:理想气体。 5. 系综理论的初步应用(4学时/课堂教学) 实际气体的物态方程; Ising模型和分子场理论;一维Ising模型的解。 6. 相变与临界现象介绍(8学时/课堂教学) 临界现象介绍,朗道的平均场理论;二维Ising模型的精确解;李杨相变理论;标度率与普适性,重整化群初步。 7. 非平衡统计物理(10学时/课堂教学) 近平衡系统和涨落,线性响应理论,涨落耗散定理,翁撒格倒易关系;布朗运动,福克-普朗克方程;玻尔兹曼方程简介。 8. 数值方法(4学时/课堂教学+2学时/实习) 蒙特卡罗方法简介,正则系综和等压系综的模拟。
考试大纲:
本课程的学习一周需要8小时(3小时课内+5小时课外)左右,学生需要参加所有的课程并完成作业。 课堂出席及表现 10% 平时作业 40% 期终考试 50%