热力学与统计物理
热力学与统计物理
5000+ 人选课
更新日期:2025/06/28
开课平台智慧树
开课高校湖南大学
开课教师刘全慧沈抗存李福祥王鑫俞洁晟
学科专业理学物理学类
开课时间2025/01/21 - 2025/07/20
课程周期26 周
开课状态开课中
每周学时-
课程简介
湖南大学的《热力学与统计物理》课程具有60余年的教学和研究传统。长期由沈抗存教授担任主讲教授,后由刘全慧教授接任,现李福祥教授承担了部分内容讲授。队伍整齐,结构严谨;教研相济,资源充沛;传承有序,经验丰富。
课程大纲

在线教程

章节简介教学计划
导论
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课程粗线条和远近观(上)
刘全慧
课程粗线条和远近观(下)
刘全慧
科研型教学与本科生科研
刘全慧
热力学的基本规律
平衡态与温度
刘全慧
物态方程
刘全慧
热力学第一定律与内能
刘全慧
热力学第二定律、卡诺定理
刘全慧
热力学温标、熵增原理
刘全慧
自由能、吉布斯函数、最大功
刘全慧
习题课(1)
俞洁晟
习题课(2)
俞洁晟
均匀物质的热力学性质
热力学函数、热力学关系
刘全慧
热力学关系的一些应用
刘全慧
电磁介质的热力学
刘全慧
热辐射的热力学、特性函数
刘全慧
习题课(1)
俞洁晟
习题课(2)
俞洁晟
单元系的相变
热动平衡判据
刘全慧
开系的基本热力学方程、化学势
刘全慧
相变曲线、克拉珀龙方程
刘全慧
临界点、范氏方程
刘全慧
临界指数
刘全慧
习题课(1)
俞洁晟
习题课(2)
俞洁晟
多元系的复相平衡、热力学第三定律
多元系的热力学基本方程、相平衡
刘全慧
吉布斯相律、赫斯定律
刘全慧
混合理想气体、吉布斯佯谬
刘全慧
热力学第三定律
刘全慧
习题课(1)
俞洁晟
习题课(2)
俞洁晟
不可逆过程热力学
不可逆过程热力学
李福祥
近独立粒子的最概然分布
单粒子的经典态、量子态(1)
刘全慧
单粒子的经典态、量子态(2)
刘全慧
多粒子系统微观态
刘全慧
玻尔兹曼系统、玻色系统、费米系统
刘全慧
玻尔兹曼分布、玻色分布、费米分布
刘全慧
习题课(1)
俞洁晟
习题课(2)
俞洁晟
玻尔兹曼统计
玻尔兹曼统计
刘全慧
理想气体、热波长
刘全慧
双原子理想气体、理想晶体
刘全慧
能量均分定理、顺磁性固体、理想气体的熵(1)
刘全慧
能量均分定理、顺磁性固体、理想气体的熵(2)
刘全慧
习题课(1)
俞洁晟
习题课(2)
俞洁晟
玻色统计和费米统计
玻色统计、费米统计
刘全慧
玻色—爱因斯坦凝聚
刘全慧
黑体辐射
刘全慧
简并费米气体 、金属中电子气体热容量(1)
刘全慧
简并费米气体 、金属中电子气体热容量(2)
刘全慧
习题课(1)
俞洁晟
习题课(2)
俞洁晟
系综理论
统计系综、刘维尔定理(1)
刘全慧
统计系综、刘维尔定理(2)
刘全慧
微正则系综(1)
刘全慧
微正则系综(2)
刘全慧
理想气体的熵
刘全慧
正则系综(1)
刘全慧
正则系综(2)
刘全慧
实际气体(1)
刘全慧
实际气体(2)
刘全慧
固体热容量的德拜理论、声子(1)
刘全慧
固体热容量的德拜理论、声子(2)
刘全慧
巨正则系综(1)
刘全慧
巨正则系综(2)
刘全慧
习题课(1)
俞洁晟
习题课(2)
俞洁晟
涨落理论
涨落
刘全慧
布朗运动、涨落—耗散定理(1)
刘全慧
布朗运动、涨落—耗散定理(2)
刘全慧
习题课(1)
俞洁晟
习题课(2)
俞洁晟
非平衡统计理论初步
玻尔兹曼方程的弛豫时间近似和应用
李福祥
玻尔兹曼积分微分方程和H定理
李福祥
  • 第一章导论

    本章导论部分主要讲解本课程学习的粗线条和远近观,以及科研教学与本科生科研的基本情况。

  • 1.1课程粗线条和远近观(上)

    本视频主要介绍《热力学与统计物理》课程粗线条和远近观前半部分。

  • 1.2课程粗线条和远近观(下)

    本视频继续介绍《热力学与统计物理》课程粗线条和远近观后半部分。

  • 1.3科研型教学与本科生科研

    本视频主要针对本科生教学、教研的现状进行分析。

  • 第二章热力学的基本规律

    本章开始学习热力学的基本规律

  • 2.1平衡态与温度

    热力学系统的平衡状态及其描述,热平衡定律和温度。

  • 2.2物态方程

    响应函数,气体、固体、液体和顺磁性固体物态方程。

  • 2.3热力学第一定律与内能

    状态量,过程量,准静态、可逆和不可逆过程,功,热量,热力学第一定律,内能。

  • 2.4热力学第二定律、卡诺定理

    热容量和焓,理想气体的内能,理想气体的绝热过程,理想气体的卡诺循环,热力学第二定律,卡诺定理。

  • 2.5热力学温标、熵增原理

    热力学温标,克劳修斯等式和不等式,熵增原理

  • 2.6自由能、吉布斯函数、最大功

    热力学基本方程,自由能,吉布斯函数,最大功原理。

  • 2.7习题课(1)

    本节主要讲解热力学基本规律中较为典型的试题。

  • 2.8习题课(2)

    本节接着上一节主要讲解热力学基本规律中的试题。

  • 第三章均匀物质的热力学性质

    本章学习热力学函数、热力学关系、电磁介质的热力学、热辐射的热力学等内容。

  • 3.1热力学函数、热力学关系

    勒让德变换,麦氏关系,可观测与不可观测量。

  • 3.2热力学关系的一些应用

    气体节流过程,气体绝热膨胀过程 。

  • 3.3电磁介质的热力学

    磁介质的基本热力学函数,热力学关系。绝热去磁过程,磁致收缩和压磁效应,电致收缩和压磁效应。

  • 3.4热辐射的热力学、特性函数

    辐射场的内能密度与温度的函数,压强-内能密度关系,熵,吉布斯函数。特性函数,天然变量,热力学势。界面热力学。

  • 3.5习题课(1)

    本节讲解热力学函数相关的3道试题。

  • 3.6习题课(2)

    本节讲解电磁介质的热力学、热辐射的热力学的相关试题。

  • 第四章单元系的相变

    了解单元系相变相关的知识。

  • 4.1热动平衡判据

    虚变动,约束条件,孤立系平衡态的熵极大及其平衡与稳定性判据。趋近平衡的判据。

  • 4.2开系的基本热力学方程、化学势

    开系,开系的基本热力学方程。化学势及其天然变量。理想气体的化学势,巨热力学势。相变,单元系的相变稳定性。相变平衡条件。

  • 4.3相变曲线、克拉珀龙方程

    三相,临界点,相变曲线。克拉珀龙方程,饱和蒸汽压。

  • 4.4临界点、范氏方程

    临界点,范氏方程中麦克斯韦面积法则,相变的范氏方程描叙。一、二、三级相变,连续相变。

  • 4.5临界指数

    响应函数在临界点附近的发散,临界指数的定义,范式方程在临界点的各种发散度和平坦度。连续相变的朗道理论。

  • 4.6习题课(1)

    本节讲解热动平衡条件的相关试题。

  • 4.7习题课(2)

    本节讲解单元系复相平衡的相关习题。

  • 第五章多元系的复相平衡、热力学第三定律

    主讲多元系的复相平衡和热力学第三定律。

  • 5.1多元系的热力学基本方程、相平衡

    多元系统的基本热力学方程,欧拉齐次函数定理,Gibbs-Duhem关系,相变平衡条件。

  • 5.2吉布斯相律、赫斯定律

    独立变量的选取,吉布斯相律,二元系的相图,赫斯定律。

  • 5.3混合理想气体、吉布斯佯谬

    分压,道尔顿分压定律。混合理想气体的内能、吉布斯函数和熵。理想气体等温等压条件下的扩散过程,熵增加,吉布斯佯谬。

  • 5.4热力学第三定律

    低温下的化学反应,Thomsen-Berthelot规则,零温附近的等温过程。能斯特假设。热力学第三定律能斯特表述(定理)。零温附近的响应函数。

  • 5.5习题课(1)

    本节讲解多元系的热力学的2道习题。

  • 5.6习题课(2)

    本节讲解理想气体等内容的习题。

  • 第六章不可逆过程热力学

    本章介绍不可逆热力学的初步理论。我们将学习局域平衡、熵流密度和局域熵产生率等概念,并介绍输运过程中出现的一些昂萨格关系和温差电现象。

  • 6.1不可逆过程热力学

    本节介绍不可逆热力学的初步理论。我们将学习局域平衡、熵流密度和局域熵产生率等概念,并介绍输运过程中出现的一些昂萨格关系和温差电现象。

  • 第七章近独立粒子的最概然分布

    精选近独立粒子的最概然分布先关内容。

  • 7.1单粒子的经典态、量子态(1)

    多粒子系统,统计物理。μ-空间,单粒子的量子态,经典态。量子态的计数方法,最小相空间体积元。态密度。

  • 7.2单粒子的经典态、量子态(2)

    继续学习多粒子系统,统计物理。μ-空间,单粒子的量子态,经典态。量子态的计数方法,最小相空间体积元。态密度。

  • 7.3多粒子系统微观态

    多粒子系统,玻色子,费米子,不可分辨性。分布,微观状态,宏观状体。

  • 7.4玻尔兹曼系统、玻色系统、费米系统

    玻尔兹曼系统、玻色系统、费米系统及其这三个系统中微观状态的计数法。

  • 7.5玻尔兹曼分布、玻色分布、费米分布

    最概然分布,玻尔兹曼系统、玻色系统、费米系统这三个系统中的微观状态最大的分布。经典极限,三种分布之间的关系。

  • 7.6习题课(1)

    本节讲解可能方式、概率,单粒子的经典态和量子态,一维谐振子等相关习题。


  • 7.7习题课(2)

    本节讲解能级、简并度的相关习题。

  • 第八章玻尔兹曼统计

    讲解玻尔兹曼统计、理想气体、理想晶体等内容。

  • 8.1玻尔兹曼统计

    配分函数,玻尔兹曼系统中的内能,广义力,和熵。玻尔兹曼关系。粒子可分辨及不可分辨时的热力学函数。

  • 8.2理想气体、热波长

    单原子理想气体的玻尔兹曼统计,麦克斯韦速度分布。热波长及其经典极限判据。

  • 8.3双原子理想气体、理想晶体

    双原子分子,平动自由度、振动自由度和转动自由度以及对各自热容量的贡献。
    自由度冻结,热容比。爱因斯坦晶体及其热容量,高温与低温极限。

  • 8.4能量均分定理、顺磁性固体、理想气体的熵(1)

    经典粒子系统的能量均分定理。顺磁性固体的玻尔兹曼统计。粒子不可分辨性和经典理想气体的熵的广延性,经典理想气体化学势与热波长的关系。

  • 8.5能量均分定理、顺磁性固体、理想气体的熵(2)

    继续学习经典粒子系统的能量均分定理。顺磁性固体的玻尔兹曼统计。粒子不可分辨性和经典理想气体的熵的广延性,经典理想气体化学势与热波长的关系。

  • 8.6习题课(1)

    本节讲解粒子的分布函数、粒子的分布函数的相关习题。

  • 8.7习题课(2)

    本节讲解粒子的分布函数,系统的内能、热容量的相关试题。

  • 第九章玻色统计和费米统计

    本章学习玻色统计、费米统计等内容。

  • 9.1玻色统计、费米统计

    巨配分函数,量子理想气体的内能,广义力,和熵。巨热力学势和巨配分函数的关系。

  • 9.2玻色—爱因斯坦凝聚

    玻色分布,低温下玻色气体的化学势随温度的改变,临界温度,凝聚相的内能,玻色-爱因斯坦凝聚的实验实现。

  • 9.3黑体辐射

    光子气体,普朗克公式,维恩位移定律,辐射压,斯特藩–玻尔兹曼常数。波场量子化。

  • 9.4简并费米气体 、金属中电子气体热容量(1)

    费米分布,兼并自由电子气体,费米能,费米温度,费米动量和费米波长。低温热容量,简并压与白矮星的半径与质量的关系。

  • 9.5简并费米气体 、金属中电子气体热容量(2)

    继续学习费米分布,兼并自由电子气体,费米能,费米温度,费米动量和费米波长。低温热容量,简并压与白矮星的半径与质量的关系。

  • 9.6习题课(1)

    本节讲解玻色、费米统计,黑体辐射的习题。

  • 9.7习题课(2)

    本节讲解简并费米气体相关试题的几种解法。

  • 第十章系综理论

    学习刘维尔定理、微正则系综、正则系综、、实际气体等内容

  • 10.1统计系综、刘维尔定理(1)

    统计系综,相空间及其经典系统在相空间的代表点及其轨迹。相空间中点构成的密度及其流体,密度随代表点守恒性。密度分布函数和统计规律的关系。

  • 10.2统计系综、刘维尔定理(2)

    继续学习统计系综,相空间及其经典系统在相空间的代表点及其轨迹。相空间中点构成的密度及其流体,密度随代表点守恒性。密度分布函数和统计规律的关系。

  • 10.3微正则系综(1)

    孤立系统,刘维尔方程的常数解,相空间的体积与微观状态数。孤立系统的熵和微观状态数的关系,温度的定义,化学势的引入,广义力的引入。

  • 10.4微正则系综(2)

    继续学习孤立系统,刘维尔方程的常数解,相空间的体积与微观状态数。孤立系统的熵和微观状态数的关系,温度的定义,化学势的引入,广义力的引入。

  • 10.5理想气体的熵

    自由粒子,高维球的体积、表面薄层的体积即相空间的体积与微观状态数,理想气体的熵。

  • 10.6正则系综(1)

    闭系,正则系统及其与微正则系统间的关系,正则配分函数,内能,广义力,熵,自由能。能量涨落及其相对涨落。

  • 10.7正则系综(2)

    继续学习闭系,正则系统及其与微正则系统间的关系,正则配分函数,内能,广义力,熵,自由能。能量涨落及其相对涨落。

  • 10.8实际气体(1)

    分子之间的相互作用,集团展开,带短程吸引力的硬球势,第二维里系数,范德瓦耳斯方程。

  • 10.9实际气体(2)

    继续学习分子之间的相互作用,集团展开,带短程吸引力的硬球势,第二维里系数,范德瓦耳斯方程。

  • 10.10固体热容量的德拜理论、声子(1)

    固体中的声学波,横波和纵波。振动的简正模及其计数,态密度,德拜截至频率和截止波长,德拜温度。低温时固体热容量的T³定律。

  • 10.11固体热容量的德拜理论、声子(2)

    继续学习固体中的声学波,横波和纵波。振动的简正模及其计数,态密度,德拜截至频率和截止波长,德拜温度。低温时固体热容量的T³定律。

  • 10.12巨正则系综(1)

    开系,巨正则配分函数,内能,广义力,熵,巨热力学势,粒子数涨落及其相对涨落。玻色分布费米分布的重新推导。

  • 10.13巨正则系综(2)

    继续学习开系,巨正则配分函数,内能,广义力,熵,巨热力学势,粒子数涨落及其相对涨落。玻色分布费米分布的重新推导。

  • 10.14习题课(1)

    本节讲解正则系综、理想气体的熵等内容的相关试题的解算方法。

  • 10.15习题课(2)

    本节讲解实际气体、徳拜理论等内容的习题。

  • 第十一章涨落理论

    本章学习涨落、布朗运动、涨落-耗散定理等内容。

  • 11.1涨落

    热力学概率与热力学涨落的一般性关系式,涨落的关联。温度、体积和压强的涨落, 开系中的能量涨落和粒子数涨落。

  • 11.2布朗运动、涨落—耗散定理(1)

    布朗运动,郎之万理论,爱因斯坦关系,随机力的自关联函数,动量的时间关联,涨落-耗散定理。

  • 11.3布朗运动、涨落—耗散定理(2)

    继续学习布朗运动,郎之万理论,爱因斯坦关系,随机力的自关联函数,动量的时间关联,涨落-耗散定理。

  • 11.4习题课(1)

    本节讲解涨落这一知识点的相关习题。

  • 11.5习题课(2)

    本节讲解布朗运动这一内容的习题。

  • 第十二章非平衡统计理论初步

    本章是非平衡统计理论的初步学习。

  • 12.1玻尔兹曼方程的弛豫时间近似和应用

    我们将介绍玻尔兹曼方程的弛豫时间近似。利用这个近似,我们将理解金属的电导率和气体的黏性现象。

  • 12.2玻尔兹曼积分微分方程和H定理

    本节课将一般性的推导玻尔兹曼积分微分方程,并通过这个方程导出H定理和细致平衡原理。

  • 开始学习
  • 第一章  作业测试
    第一章 导论

    1.1 课程粗线条和远近观(上)

    1.2 课程粗线条和远近观(下)

    1.3 科研型教学与本科生科研

    视频数3
  • 第二章  作业测试
    第二章 热力学的基本规律

    2.1 平衡态与温度

    2.2 物态方程

    2.3 热力学第一定律与内能

    2.4 热力学第二定律、卡诺定理

    2.5 热力学温标、熵增原理

    2.6 自由能、吉布斯函数、最大功

    2.7 习题课(1)

    2.8 习题课(2)

    视频数8
  • 第三章  作业测试
    第三章 均匀物质的热力学性质

    3.1 热力学函数、热力学关系

    3.2 热力学关系的一些应用

    3.3 电磁介质的热力学

    3.4 热辐射的热力学、特性函数

    3.5 习题课(1)

    3.6 习题课(2)

    视频数6
  • 第四章  作业测试
    第四章 单元系的相变

    4.1 热动平衡判据

    4.2 开系的基本热力学方程、化学势

    4.3 相变曲线、克拉珀龙方程

    4.4 临界点、范氏方程

    4.5 临界指数

    4.6 习题课(1)

    4.7 习题课(2)

    视频数7
  • 第五章  作业测试
    第五章 多元系的复相平衡、热力学第三定律

    5.1 多元系的热力学基本方程、相平衡

    5.2 吉布斯相律、赫斯定律

    5.3 混合理想气体、吉布斯佯谬

    5.4 热力学第三定律

    5.5 习题课(1)

    5.6 习题课(2)

    视频数6
  • 第六章  作业测试
    第六章 不可逆过程热力学

    6.1 不可逆过程热力学

    视频数1
  • 第七章  作业测试
    第七章 近独立粒子的最概然分布

    7.1 单粒子的经典态、量子态(1)

    7.2 单粒子的经典态、量子态(2)

    7.3 多粒子系统微观态

    7.4 玻尔兹曼系统、玻色系统、费米系统

    7.5 玻尔兹曼分布、玻色分布、费米分布

    7.6 习题课(1)

    7.7 习题课(2)

    视频数7
  • 第八章  作业测试
    第八章 玻尔兹曼统计

    8.1 玻尔兹曼统计

    8.2 理想气体、热波长

    8.3 双原子理想气体、理想晶体

    8.4 能量均分定理、顺磁性固体、理想气体的熵(1)

    8.5 能量均分定理、顺磁性固体、理想气体的熵(2)

    8.6 习题课(1)

    8.7 习题课(2)

    视频数7
  • 第九章  作业测试
    第九章 玻色统计和费米统计

    9.1 玻色统计、费米统计

    9.2 玻色—爱因斯坦凝聚

    9.3 黑体辐射

    9.4 简并费米气体 、金属中电子气体热容量(1)

    9.5 简并费米气体 、金属中电子气体热容量(2)

    9.6 习题课(1)

    9.7 习题课(2)

    视频数7
  • 第十章  作业测试
    第十章 系综理论

    10.1 统计系综、刘维尔定理(1)

    10.2 统计系综、刘维尔定理(2)

    10.3 微正则系综(1)

    10.4 微正则系综(2)

    10.5 理想气体的熵

    10.6 正则系综(1)

    10.7 正则系综(2)

    10.8 实际气体(1)

    10.9 实际气体(2)

    10.10 固体热容量的德拜理论、声子(1)

    10.11 固体热容量的德拜理论、声子(2)

    10.12 巨正则系综(1)

    10.13 巨正则系综(2)

    10.14 习题课(1)

    10.15 习题课(2)

    视频数15
  • 第十一章  作业测试
    第十一章 涨落理论

    11.1 涨落

    11.2 布朗运动、涨落—耗散定理(1)

    11.3 布朗运动、涨落—耗散定理(2)

    11.4 习题课(1)

    11.5 习题课(2)

    视频数5
  • 第十二章  作业测试
    第十二章 非平衡统计理论初步

    12.1 玻尔兹曼方程的弛豫时间近似和应用

    12.2 玻尔兹曼积分微分方程和H定理

    视频数2
  • 期末考试