熵的宏观解释

熵是什么?熵是一个态函数,是一个真实的物理量,与体积、压强及温度一样真实。但是,体积可用量尺测定,压强可用压强计测定,温度可用温度计测量。而我们却没有一个测熵仪。正因为这样,我们觉得把熵作为描述系统状态的独立变量之一感到奇怪。那么,究竟怎样理解熵这个物理量呢?这个问题要从两方面去回答:一方面,从宏观上去认识熵代表什么,另一方面,从微观本质上去认识熵代表什么。从统计物理中知道,熵代表系统中分子热运动的混乱程度,熵的增加表明系统的混乱程度大的状态出现的可能性大。这是比较容易理解的。下面我们从宏观方面来解释滴的意义…     

量纲分析在热力学统计物理中的教学应用

热力学统计物理是一门综合性较强的课程,涉及力学、热学、电磁学、光学、量子力学等内容.它的教与学难度较大,特别是宏观物理量与微观物理量之间的关系复杂并难以理解.而量纲分析却能较好地解决这个问题.它基于物理量的量纲,很容易就能确定各个物理量之间的关系或者验证公式的正确性.通过3个问题的求解,即理想气体的碰壁数、光子气体的物态方程、零温时自由电子气体的简并压.文章介绍了量纲分析在热力学统计物理中的具体应用.可以看到,量纲分析有助于学生理解物理规律及其对应的数学表达式,也有助于学生分析问题和解决问题的能力培养.     

从分子运动论推导■A=pdV

在普通物理课程中的气体分子运动论部份,通过理想气体压强公式的推导,说明理想气体压强的实质,以此为例来揭示宏观量的统计性质,说明统计平均的概念。这篇短文从分子运动论来导出理想气体在准静态体积改变过程中元功的表示式　A=pdV,旨在说明理想气体作功的实质。推导的思路和方法仿照理想气体压强公式[1]。 设理想气体盛在一圆柱形筒内,活塞可以无摩擦地沿轴向移动,在铅直方向不能运动。气体分子与活塞作弹性碰撞。可以证明[2]在这种情况下,分子速度的Y、Z分量在碰撞前后不变,X分量则由碰撞前的Vx变为碰撞后的上式中m和M分别是分子和活…     

对理想气体直线过程的再讨论

从理想气体直线过程的温度函数和熵函数出发，采用数学求值法，确定理想气体直线过程中温度的最高点和吸放转换点的状态参量，讨论温度的变化和吸热情况。     

吉布斯佯谬的热力学解决

吉布斯佯谬是人们熟知的一个问题,在历史上它引出于热力学,被解决于统计物理.由于在统计物理中,这一佯谬问题刚好和粒子的全同性问题关联在一起,因此它历来受到人们的重视.在通用教材[1-5]中,认为吉布斯佯谬只有在统计物理中才能透彻解决;我们认为可以在热力学内解决这一问题.实际上产生吉布斯佯谬的原因,是使用了一个不该采用的滴的表达式.而如果熵的表达式与熵是广延量相容,就不会出现吉布斯佯谬.为简单起见,在本文的讨论中,认为定容摩尔热容量Cv及定压摩尔热容量Cp都是常量.一、吉布斯佯谬 设n;、V;、T及P分别为第7部分理想气体在混合…     

留数定理在拓扑相变中的应用

留数定理是高校物理专业必修课程数学物理方法中的一个重要定理.传统教学中关于该定理的讲授着重于数学公式的推导和数学思想的传达,而对于其在具体物理问题上的应用鲜有涉及.本文以一维Su-Schrieffer-Heeger模型的拓扑相变问题为例,阐明了如何利用留数定理解析得到二阶位移量的表达式并用该物理量表征拓扑相变.在讲授留数定理的教学过程中引入具体物理问题的分析实例,可以使学生更深刻地理解数学定理中的物理内涵.     

热力学中的相对论变换

以洛伦兹变换为基础讨论了理想气体体积、 压强、 内能、 温度、 熵等热力学量的相对论变换, 并从理想 气体状态方程和理想气体摩尔热容的角度说明了普朗克、 爱因斯坦和德布罗意给出的相对论温度变换更加合理     

通过理想气体模型认识温度是分子平均动能的标志

温度越高,分子运动越剧烈,同种物质的分子平均动能越大.为什么温度相同时不同种类的分子平均动能也相等呢?笔者引导学生运用分子动理论知识,结合理想气体模型和弹性碰撞模型,从微观和统计角度,经过推导和分析认识到了温度相同的理想气体分子平均动能相等.     

从微观角度看理想气体的绝热过程

利用统计物理,我们研究了缓慢拉动活塞时处于绝热气缸中的理想气体的绝热变化,从微观角度推导出了理想气体的绝热方程.     

非广延统计力学与完全开放系统的统计分布

简介了非广延统计力学的Tsallis统计,用其计算了理想气体;推导出了以含有非广延熵常数的Shannon熵为基础和以Tsallis熵为基础的非广延统计力学的完全开放系统的统计分布及计算热力学量的公式;讨论表明:Tsallis熵对应的统计分布及计算热力学量的公式在非广延参量q→1时,完全过渡到了Shannon熵对应的形式.     

大学物理热学教学的几点释疑

文章针对大学物理热学教学,选取了最概然速率与最概然动能的关系、卡诺循环效率的非近似证明、范氏气体的内能与热容量等3个典型问题进行拓展性延伸讨论与重点释疑。结果表明:最概然速率vp所对应的动能εv(p)不等于最概然动能εp的根本原因在于二者所对应的统计间隔不同;只用热力学第一定律和理想气体状态方程推导出卡诺循环的效率,能有效解决精确结果被近似化的尴尬;范氏气体的定压摩尔热容量不遵从迈耶公式,也不再是一个常数,而是与温度和体积呈现相对复杂的非线性关系。本文对突破热学教学难点,进一步理解热现象的物理本质有很好的开启作用。     

微正则系综中理想气体能壳厚度问题

对于微正则系综中能壳的厚度,不同文献中有不同的表述。与以往的结论不同,本文利用理想气体的熵的详细推导,指出理想气体系统的能壳厚度必须大于系统中单个粒子的平均能量。     

理想气体直线过程的再讨论

在“理想气体直线过程的讨论”一的基础上，通过对理想气体直线过程中熵的增量ｄＳ表达式的推导，得出该过程中的理想吸、放热的分界点也是理想的气体熵的极大值点。     

碰撞因子温度系数及克分子碰撞因子

根据Schaaffs的声速-碰撞因子理论,推导了碰撞因子温度系数表达式,碰撞因子温度系数与声速温度系数和体积膨胀系数相联系. 结合Raom公式进一步给出了碰撞因子温度系数与体积膨胀系数、碰撞因子温度系数与声速温度系数之间的关系,参考Soczkiewicz的研究数据,对碰撞因子温度系数表达式给予了验证. 在此基础上,提出了克分子碰撞因子的概念和数学表达式,与克分子声速和克分子压缩系数类似,克分子碰撞因子也为一与温度无关的常数. 关键词： Based on Schaaffs' theory of sound speed-collision factor the expression of temperature coefficient of collision factor was deduced. The temperature coefficient of collision factor is related with the temperature coefficient of sound speed and dilatabili     

物理教学中的数理结合

数学和物理学，都是为了探索和研究自然规律，并在实践中应用这些规律．物理学中无论是公式推导、规律建立、习题解答，都必须利用数学，但是，教学中存在两种错误现象：①忽视物理学中的数学方法，认为数学的论证和推导太麻烦，占用时间过多，因此忽略一些公式的推导和论证，仅告诉学生最后的结果．②只考虑物理中的数学方法，不注重物理概念、定律、原理、公式和现象物理意义的讲解，只注意课本中的数学推导和证明，忽略了对公式和结论物理意义的讲授。基于以上问题的存在，在物理教学中，认识数学对物理学的学习作用，理解两者的辨证关系，研究在物理教学中如何有效地利用数学工具，达到数理有效结合是物理教学中一个值得研究的课题。     

对水火箭发射速度和射程的理论研究

本文利用功能原理及理想气体绝热方程,推导获得水火箭发射初始速度、喷水时间以及射程的表达式.利用上述表达式对水火箭发射的初始速度、喷水时间及射程进行了理论计算,并对水火箭内盛装水的体积和发射角度的最佳值进行了理论计算与研究.     

氘汽液变化过程的气化热及熵变计算

计算饱和液体的气化热通常是把该温度下的饱和蒸汽视为理想气体.但是氘的饱和蒸汽在临界温度Tc＝38.34 K以下作为理想气体计算气化热,得到的结果不符合一般规律.本文采用Clapeyron方程的微分形式和氘的汽液平衡方程,考虑氘由液态转变为气态的体积变化,计算得到20 K到38 K各温度对应的气化热和熵变,最后绘制出氘的饱和曲线.这种计算方法避免了两个近似:视氘饱和蒸汽为理想气体和忽略氘汽液转变的体积变化,提高了计算的精确度.     

麦克斯韦速率分布的特色推导方法

大学物理教学的一个基本点是培养学生的空间想象力.麦克斯韦速率分布律是气体分子运动论的中心内容,是大学物理气体运动理论中讲授的一个难点,其公式抽象、繁难,学生不易理解.本文根据速度空间概念,给出速度球的表面积相当于气体分子微观状态数的观点,利用拉郎格日函数,推导理想气体平衡态下气体分子的速率分布函数.这种推导方法相对比较简单、易学,便于学生理解和培养学生的空间想象力.     

饱和水汽压实验

在讲授理想气体性质与饱和蒸汽性质这两个内容时,由于从高中到大学,对前者有实验的配合,学生理解掌握较好。而后者,由于无实验配合,学生往往难以理解掌握。饱和蒸汽压又是一个十分重要的概念,为了能使学生加深对饱和蒸汽压是温度的函数,而与蒸汽的体积无关这一性质的理解,我们开设了水的饱和蒸汽压的学生分组实验。此实验方法简单,对仪器的要求不高,实验效果良好。兹介绍如下:     

如何让学生深刻理解熵的概念

 熵的概念,是热力学和统计物理学中非常重要而又较难理解的.克劳修斯(ClaUSiUS.R.J.E,1822-1888德国物理学家)于1850年提出热力学第二定律,1865年提出熵的概念,并将热力学第二定律表述为“宇宙的能量是不变的,而它的熵则总在增加.”现在,熵这个概念已经远远超出了热力学、统计物理学范畴,直接扩展到信息论、控制论、概率论、数论、天体物理、宇宙论、科学管理以及生命系统等各个不同领域.因此,如何在教学中让学生深入理解熵的概念,是一个重要的课题.