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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。
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●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。
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●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。
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●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。
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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
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●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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●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
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●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。
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●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。
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●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。
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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。
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●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。
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●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 。
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●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。
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●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。
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●3.5习题课(1)
本节讲解热力学函数相关的3道试题。
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●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。
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第四章单元系的相变
了解单元系相变相关的知识。
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●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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●4.6习题课(1)
本节讲解热动平衡条件的相关试题。
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●4.7习题课(2)
本节讲解单元系复相平衡的相关习题。
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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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●5.5习题课(1)
本节讲解多元系的热力学的2道习题。
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●5.6习题课(2)
本节讲解理想气体等内容的习题。
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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。
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●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。
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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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●7.7习题课(2)
本节讲解能级、简并度的相关习题。
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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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●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。
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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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●9.6习题课(1)
本节讲解玻色、费米统计,黑体辐射的习题。
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●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。
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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
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●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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●10.15习题课(2)
本节讲解实际气体、徳拜理论等内容的习题。
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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。
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●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。
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●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。
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●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。
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●11.4习题课(1)
本节讲解涨落这一知识点的相关习题。
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●11.5习题课(2)
本节讲解布朗运动这一内容的习题。
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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。
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●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。
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●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。