物理化学电子教案：第九章 统计热力学基础

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1、上一内容下一内容回主目录O返回 物理化学电子教案第九章上一内容下一内容回主目录O返回第九章统计热力学基础宏观理论：研究宏观现象之间的联系，又称为唯象理论。如热力学。微观理论：研究物质的微观本质，如量子力学。统计热力学：联系系统的宏观现象与微观本质之间的桥梁。从系统中微观粒子的运动来解释系统的宏观现象。根据统计单位的力学性质（例如速度、动量、位置、振动、转动等），经过统计平均推求系统的热力学性质，将系统的微观性质与宏观性质联系起来，这就是统计热力学的研究方法。统计热力学的研究方法上一内容下一内容回主目录O返回统计热力学的基本任务根据对物质结构的某些基本假定，以及实验所得的光谱数据，求得物质结构的

2、一些基本常数，如核间距、键角、振动频率等，从而计算分子配分函数。再根据配分函数求出物质的热力学性质，这就是统计热力学的基本任务。上一内容下一内容回主目录O返回统计热力学的基本任务该方法的局限性：计算时必须假定结构的模型，而人们对物质结构的认识也在不断深化，这势必引入一定的近似性。另外，对大的复杂分子以及凝聚系统，计算尚有困难。该方法的优点：将系统的微观性质与宏观性质联系起来，对于简单分子计算结果常是令人满意的。不需要进行复杂的低温量热实验，就能求得相当准确的熵值。上一内容下一内容回主目录O返回定域子系统和离域子系统定域子系统（localized system）定域子系统又称为定位系统，这种系统

3、中的粒子彼此可以分辨。例如，在晶体中，粒子在固定的晶格位置上作振动，每个位置可以想象给予编号而加以区分，所以定位系统的微观态数是很大的。上一内容下一内容回主目录O返回定域子系统和离域子系统离域子系统（non-localized system）离域子系统又称为非定位系统，基本粒子之间不可区分。例如，气体的分子，总是处于混乱运动之中，彼此无法分辨，所以气体是离域子系统，它的微观状态数在粒子数相同的情况下要比定域子系统少得多。上一内容下一内容回主目录O返回独立粒子系统和相依粒子系统独立粒子系统（assembly of independent particles）1 122iiiUnnn 独立粒子系统

4、是本章主要的研究对象 粒子之间的相互作用非常微弱，因此可以忽略不计，所以独立粒子系统严格讲应称为近独立粒子系统。这种系统的总能量应等于各个粒子能量之和，即：上一内容下一内容回主目录O返回独立粒子系统和相依粒子系统相依粒子系统（assembly of interacting particles）iiiUnU（位能）相依粒子系统又称为非独立粒子系统，系统中粒子之间的相互作用不能忽略，系统的总能量除了包括各个粒子的能量之和外，还包括粒子之间的相互作用的位能，即：上一内容下一内容回主目录O返回量子态和能级量子态：微观粒子的运动状态。能级：粒子的能量状态。iinNiiinU0 1 2 3 4 5 123

5、 一个能级可能对应多个量子态。微观粒子的能量是量子化的，即它们具有的能量值不能连续。在隔离系统中，系统的粒子数和总能量保持一定，则有：上一内容下一内容回主目录O返回统计系统的分类目前，统计主要有三种：一种是Maxwell-Boltzmann统计，通常称为Boltzmann统计。1900年Plonck提出了量子论，引入了能量量子化的概念，发展成为初期的量子统计。在这时期中，Boltzmann有很多贡献，开始是用经典的统计方法，而后来又有发展，加以改进，形成了目前的Boltzmann统计。上一内容下一内容回主目录O返回统计系统的分类 1924年以后有了量子力学，使统计力学中力学的基础发生改变，随之

6、统计的方法也有改进，从而形成了Bose-Einstein统计和Fermi-Dirac统计，分别适用于不同系统。但这两种统计在一定条件下通过适当的近似，可与Boltzmann统计得到相同结果。上一内容下一内容回主目录O返回第九章统计热力学基础9.1 粒子各运动形式的能级及能级的简并度9.59.3 9.49.29.6上一内容下一内容回主目录O返回9.1 粒子各运动形式的能级及能级的简并度 一个分子的能量可以认为是由分子的整体运动能量即平动能，以及分子内部运动的能量之和。分子内部的能量包括转动能(r)、振动能(v)、电子的能量(e)和核运动能量(n)，各能量可看作独立无关。粒子的总能量是各种形式的运

7、动能量之和：trven上一内容下一内容回主目录O返回1.三维平动子设质量为m的粒子在体积为的立方体内运动，根据波动方程解得平动能表示式为：cba2222t222()8yxznnnhm abc式中h是普朗克常数，分别是 轴上的平动量子数，其数值为 的正整数。,xyzn nnzyx,2,12222txyz3/2()8hnnnmV若在正方体内上一内容下一内容回主目录O返回1.三维平动子 能量是量子化的，但每一个能级上可能有若干个不同的量子状态存在，反映在光谱上就是代表某一能级的谱线常常是由好几条非常接近的精细谱线所构成。量子力学中把能级可能有的微观状态数称为该能级的简并度，用符号 表示。简并度亦称为

8、退化度或统计权重。ig上一内容下一内容回主目录O返回1.三维平动子例如，气体分子平动能的公式为：2222txyz3/2()8hnnnmV当 则 只有一种可能的状态，则gt=1，是非简并的。2t,03/238hmVxyz1,1,1,nnn 基态：最低的能量状态。如 t,0 激发态：其它较高的能量状态。上一内容下一内容回主目录O返回1.三维平动子xyz nnn 这时，在 相同的情况下，有三种不同的微观状态，则 。i3ig 2t,13/2 6 8hmV若2 1 11 2 1 1 1 2第一激发态上一内容下一内容回主目录O返回2.刚性转子设其为刚性转子绕质心转动，能级公式为：2r2(1)0 1 28h

9、J JJI，式中J是转动能级量子数，I是转动惯量，设双原子质量分别为 ，r为核间距，则：12,mm21212()m mIrmm 转动角动量在空间取向也是量子化的，所以能级简并度为：r,21 JgJ上一内容下一内容回主目录O返回3.一维谐振子v1()0,1,2,2hvv设分子作只有一种频率 的简谐振动，振动是非简并的，其振动能为：v,1igv,012h式中v为振动量子数，当v=0时，称为零点振动能v,0v,132hv,252hv,372h上一内容下一内容回主目录O返回4.电子和原子核 电子和原子核运动的能级相差一般较大，发生能级跃迁所需能量很大，因而一般情况下，系统中这两种运动都处于基态，其基态

10、的简并度也为常数，一般用ge,0和gn,0表示。上一内容下一内容回主目录O返回9.2 能级分布的微态数及系统的总微态数 能级分布 状态分布 定域子系统能级分布微态数的计算 离域子系统能级分布微态数的计算 系统的总微态数上一内容下一内容回主目录O返回1.能级分布 系统中处于各种能量状态的粒子的数目称为系统的能级分布。0，n0，1，n1，2，n2，系统的能级分布决定了系统的宏观状态。如对于3个粒子组成的一维谐振子系统，当总能量为9/2h 时，有三种能级分布：1/2 h7/2 h5/2 h3/2 h能级分布1/2 h7/2 h5/2 h3/2 h能级分布1/2 h7/2 h5/2 h3/2 h能级分

11、布 上一内容下一内容回主目录O返回2.状态分布 系统中的粒子处于各种不同的微观运动状态（量子态）的数目称为状态分布。每个粒子可以处于不同的微观运动状态，即微态，而系统的微态为系统中所有粒子微态的总和，任意一个粒子的微态变了，系统的微态就变了。上一内容下一内容回主目录O返回2.状态分布 一种能级分布可以有几种状态分布，一种能级分布D所具有的状态分布数目称为这种能级分布的微态数，用WD表示。所有能级分布的微态数之和即是系统的总共具有的状态分布，称为系统的总微态数，用 表示。即DDW上一内容下一内容回主目录O返回2.状态分布如前述的三个谐振子所组成的系统，如果它们是定域子，即相互之间是可以分辨的，则

12、此系统的状态分布为：状态分布5状态分布6状态分布7 状态分布8 状态分布9 状态分布10能级分布状态分布1能级分布状态分布2 状态分布3 状态分布4能级分布上一内容下一内容回主目录O返回2.状态分布状态分布决定系统的微观状态，即微态。能级分布决定系统的宏观状态，即热力学态。一种能级分布对应几种状态分布，这就意味着系统的宏观状态确定以后，系统的微观状态还可以变化，而系统的微观状态发生变化时，系统的宏观状态可以保持不变。即处于相同宏观状态的系统，其微观状态还可以不同。上一内容下一内容回主目录O返回3.定域子系统能级分布微态数的计算一个由 N 个可区分的独立粒子组成的宏观系统，在量子化的能级上可以有

13、多种不同的分配方式。设其中的一种分配方式为：如果各能级的简并度为1时：gi=1 先从N个分子中选出n1个粒子放在 能级上，有 种取法；11nNC 再从N n1个分子中选出n2个粒子放在2能级上，有 种取法；21nnNCiinnn ,:,:2121一种分配方式能级上一内容下一内容回主目录O返回3.定域子系统能级分布微态数的计算依此类推，这种分配的微态数为：12!(!1)!iiNnnnN121nnDNN nWCC111212()!()!()!NnNnNnnNnn分配方式有很多,总的微态数为：!(2)iiiDDNnW 无论哪种分配都必须满足如下两个条件：(3)(4)iiiiinNnU上一内容下一内容

14、回主目录O返回3.定域子系统能级分布微态数的计算设有 N 个粒子的某定域子系统的一种分配方式为：如果各能级的简并度不为1时：gi 1iiinnnggg,:,:212121一种分配方式各能级简并度能级上一内容下一内容回主目录O返回3.定域子系统能级分布微态数的计算 先从N个分子中选出n1个粒子放在1 能级上，有 种取法；1nNC 但1能级上有g1 个不同状态，每个分子在1 能级上都有g1 种放法，所以共有 种放法；11ng 这样将n1个粒子放在1能级上，共有 种微态数。依次类推，这种分配方式的微态数为：111nNnCg上一内容下一内容回主目录O返回3.定域子系统能级分布微态数的计算1122112

15、()()nnnnDNN nWgCgC1211211212()!()!()!nnNnNggnNnnNnn121212!nniNggn nn!iniiigNN上一内容下一内容回主目录O返回3.定域子系统能级分布微态数的计算 由于分配方式很多，所以在U、V、N一定的条件下，所有的总微态数为：(,)!iniDDiiigU V NWNn上一内容下一内容回主目录O返回4.离域子系统能级分布微态数的计算 离域子系统由于粒子不能区分，它在能级上分布的微态数一定少于定域子系统，所以对定域子系统微态数的计算式进行等同粒子的修正，即将计算公式除以N!。而定域子能级分布D的微态数：则离域子系统能级分布D的微态数为：!

16、iniDiigWNn!iniDiigWn上一内容下一内容回主目录O返回5.系统总微态数 系统所以可能出现代各种能级的分布的微态数之和，称为系统的总微态数，用 表示，则：对于定域子系统：!iniDDiiigWNn!1iniDDiiigWnNN对于离域子系统：iiiiinNnU求和的限制条件为：上一内容下一内容回主目录O返回5.系统总微态数 系统所有可能的能级分布取决于系统的 N，U，V，系统的 N，U，V 确定了，系统所有可能的能级分布也就确定了，也就确定了。即 为 N，U，V 的函数，即 (N，U，V)当系统的状态确定了，则 N，U，V也确定了，也就确定了，即 为系统的一个热力学状态函数。上一

17、内容下一内容回主目录O返回9.3 最概然分布与平衡分布 概率（probability）等概率定理 最概然分布 最概然分布与平衡分布上一内容下一内容回主目录O返回1.概率（probability）limAmnPm1iiPP总概率（probability）指某一件事或某一种状态出现的机会大小。当复合事件重演 m 次，偶然事件 A 出现 n 次，则事件 A 出现的概率为：上一内容下一内容回主目录O返回2.等概率定理 例如，某宏观系统的总微态数为，则每一种状态分布即微观状态 P出现的数学概率都相等，即：1P 对于U,V 和 N 确定的某一宏观系统，任何一个可能出现的状态分布，即微观状态，都有相同的数学

18、概率，所以这假定又称为等概率定理。上一内容下一内容回主目录O返回3.最概然分布 由于对于每一种状态分布，其出现的数学概率都为1/，则对于包含状态分布数即微态数为 WD 的能级分布 D 出现的数学概率PD 为：WWPDDD1 即包含微态数多的能级分布出现的数学概率大，其相对应的宏观状态出现的可能性就大。而 WD称为此能级分布的热力学概率。上一内容下一内容回主目录O返回3.最概然分布 每种能级分布的 WD 值各不相同，但其中有一种能级分布的 WD 为最大，其相对应的宏观状态出现的可能性最大。这就是最概然分布。WWPDDD1 系统在一定的宏观状态下，可能出现的微观总数，统计热力学上称为物系总热力学概

19、率。上一内容下一内容回主目录O返回例如：若N个可辩粒子分布在同一能级的A，B两个量子态上，则：4.最概然分布与平衡分布!MNMNWD 在粒子数足够多的宏观系统中，可以近似用最概然分布来代表系统所有的能级分布。此相当于展开式：的系数，MNMNMNyxMNMNyx0!则最概然分布的微态数WB为：!2/!2/!NNNWB上一内容下一内容回主目录O返回4.最概然分布与平衡分布令x=1，y=1，可得系统的总微态数：NNMNMDMNMNW2!00N10时，所有可能的各种分布及其出现的概率为：M5，M4，M6的分布的几率之和为0.65625。上一内容下一内容回主目录O返回4.最概然分布与平衡分布N=20时，

20、有：M8，M9，M10，M11，M12，分布的几率之和为0.73682上一内容下一内容回主目录O返回4.最概然分布与平衡分布当N1024时，有最概然分布的概率PB7.981013。而0.5102421012分布的几率之和为0.99993N=1024上一内容下一内容回主目录O返回4.最概然分布与平衡分布 所以，当粒子数变的很大时，最概然分布以及同最概然分布几乎等同的那些能级分布出现的几率之和几乎为1，所以，当系统达到平衡时，系统几乎只出现最概然分布以及同最概然分布几乎等同的那些分布，由于这些能级分布相差非常微小，它们对应的宏观状态几乎没有差别，因而系统的宏观状态也不会改变，这就是系统经过一定时间

21、后趋于不随时间改变的平衡态的微观本质。所以可以用最概然分布代替平衡分布。上一内容下一内容回主目录O返回9.4 玻耳兹曼分布 玻耳兹曼分布 拉格朗日待定乘数法 不要求 玻兹曼分布的推导 不要求上一内容下一内容回主目录O返回1.玻耳兹曼分布 对于独立子系统的平衡分布，某量子态j（能量为j）上的粒子分布数nj与玻耳兹曼因子成正比：/jjkTen若能级 i 的简并度为 gi，则/iiijkTng ne而系统的粒子数/jkTjjjNne/ikTiiiiNng e上一内容下一内容回主目录O返回1.玻耳兹曼分布 于是 /jikTkTiijNNg ee定义分母为粒子的配分函数：/jkTjqe则有玻耳兹曼分布：

22、/jkTjNneq/ikTiiqg e/ikTiiNng eq上一内容下一内容回主目录O返回1.玻耳兹曼分布 对于任意两能级：/ikkTiikTkkng eng e与总粒子数之比有：称能级 i 的有效状态数，或有效容量。/ikTig e/iiikTkTiiikTiing eg eNg eq上一内容下一内容回主目录O返回1.玻耳兹曼分布 配分函数q决定了系统的粒子在各能级的分布情况，也就决定了系统的能级分布，因而决定了系统的宏观性质，所以，系统的宏观状态函数可以通过配分函数求出，因此，配分函数就是连系系统微观性质和宏观性质之间的桥梁。是统计热力学的一个极其重要的概念。/ikTiiNng eq上一

23、内容下一内容回主目录O返回9.5 粒子配分函数的计算 配分函数的析因子性质 能量零点的选择对配分函数的影响 平动配分函数的计算 转动配分函数的计算 振动配分函数的计算 电子运动的配分函数 核运动的配分函数 上一内容下一内容回主目录O返回1.配分函数的析因子性质 一个分子的能量可以认为是由分子的整体运动能量即平动能，以及分子内部运动的能量之和。分子内部的能量包括转动能()、振动能()、电子的能量()和核运动能量()，各能量可看作独立无关。rventrven这几个能级的大小次序是：上一内容下一内容回主目录O返回1.配分函数的析因子性质-1-1rv42420 J mol4.242 kJ mol为，为

24、，平动能的数量级约为 ，21-14.2 10 J mol,t,t,r,v,e,n iiiiiiii（内）分子的总能量等于各种能量之和，即：各不同的能量有相应的简并度，当总能量为 时，总简并度等于各种能量简并度的乘积，即：i,t,r,v,e,niiiiiiggggggen,则更高。上一内容下一内容回主目录O返回1.配分函数的析因子性质 根据配分函数的定义，将 和 的表达式代入，得：iig 从数学上可以证明，几个独立变数乘积之和等于各自求和的乘积，于是上式可写作：,t,r,v,e,n,t,r,v,e,nexp()iiiiiiiiiiig g gg gkTexp()iiiqgkT上一内容下一内容回主

25、目录O返回1.配分函数的析因子性质,t,r,t,r,v,e,v,e,n,nexp()exp()exp()exp()exp()iiiiiiiiiiiiiiiqggkTkTggkTkTgkTtrvenqqqqq 和 分别称为平动、转动、振动、电子和原子核配分函数。trve,q q q qnq上一内容下一内容回主目录O返回1.配分函数的析因子性质trvenqqqqqq称为配分函数的析因子性质。上一内容下一内容回主目录O返回2.能量零点的选择对配分函数的影响配分函数的值同能量零点的选择有关。如果选择基态为能量零点，则：00ii0/0qeqkTikTiiegq/00 令qeqkT/00 原来意义上的配分

26、函数等于基态的玻尔兹曼因子乘以与基态为零点的配分函数。ikTiikTiiiegegq/)(/00上一内容下一内容回主目录O返回2.能量零点的选择对配分函数的影响tkTtqeqt/00,nkTnqeqn/00,ekTeqeqe/00,v/0v0,vqeqkTrkTrqeqr/00,由于 t,00，r,0=0，则在常温下，qt0 qt，qr0=qr。而振动基态能级 v,0较大高，所以 qv0和qv的差别不可忽略。而电子运动和核运动的基态能级更高，两种配分函数的差别就更大。上一内容下一内容回主目录O返回2.能量零点的选择对配分函数的影响99上一内容下一内容回主目录O返回2.能量零点的选择对配分函数的

27、影响kTikTikTkTiiiiiegqNegeqNegqNn/0/)(/0/0000因为：所以各能级的分布数 ni 同能级零点的选择无关。上一内容下一内容回主目录O返回3.平动配分函数的计算设质量为m的粒子在体积为的长方体内运动，根据波动方程解得平动能表示式为：cba2222,t222()8yxzinnhnm abc式中h是普朗克常数，分别是 轴上的平动量子数，其数值为 的正整数。,xyzn nnzyx,2,1,tt,texp()iiiqgkT上一内容下一内容回主目录O返回3.平动配分函数的计算将 代入：,ti2222t222111exp()8xyzyxznnnnnhnqm abc 因为对所

28、有量子数从 求和，包括了所有状态，所以公式中不出现 项。在三个轴上的平动配分函数是类似的，只解其中一个 ，其余类推。0,tigt,xq22222211exp()exp()88xyyxnnnnhhmkT amkT b2221 exp()8zznhnmkTct,t,t,xyzqqq上一内容下一内容回主目录O返回3.平动配分函数的计算22t,21exp()8xxxnnhqmkT a22t,0exp()dxxxqnn因为 是一个很小的数值，所以求和号用积分号代替，得：2222221 exp()(8xxnhnmkTa设）上一内容下一内容回主目录O返回3.平动配分函数的计算引用积分公式：则上式得：2120

29、1d()2xex1212t,212()()2xmkTqah32t22()mkTqa b ch 和 有相同的表示式，只是把a换成 b或 c，所以：t,yqt,zq3222 ()mkTVh上一内容下一内容回主目录O返回3.平动配分函数的计算若平动空间为一立方体，则a=b=c，可设：31212tttt2VhmkTq q qf,z,y,x则3ttfq 对于理想气体，可将LMm pNkTpnRTV代入 qt 表达式得：PaKmolkg102052.8252317tpTMNq上一内容下一内容回主目录O返回3.平动配分函数的计算9上一内容下一内容回主目录O返回4.转动配分函数的计算 单原子分子的转动配分函数

30、等于零，异核双原子分子、同核双原子分子和线性多原子分子的 有类似的形式，而非线性多原子分子的 表示式较为复杂。rqrq（1）异核双原子分子的 ，设其为刚性转子绕质心转动，能级公式为：rq2r2(1)0 1 28hJ JJI，式中J是转动能级量子数，I是转动惯量，设双原子质量分别为 ，r为核间距，则：12,mm21212()m mIrmm上一内容下一内容回主目录O返回4.转动配分函数的计算 转动角动量在空间取向也是量子化的，所以能级简并度为：,r21 igJ220(1)(21)exp()8JJ JhJIkT,r,rrexp()iiigTqk2r28hIk令称为转动特征温度，因等式右边项具有温度的

31、量纲。将 代入 表达式，得：rQrQrqrr0(1)(21)exp()JJ JqJT上一内容下一内容回主目录O返回从转动惯量I求得 。除H2外，大多数分子的 很小，因此用积分号代替求和号，并令 ，代入后得：r/1Tr(1),d(21)dxJ JxJJr4.转动配分函数的计算rr0(1)(21)exp()d J JqJJTr0exp()dxxT22r8TIkTh上一内容下一内容回主目录O返回4.转动配分函数的计算2r2r8TIkTqh（2）同核双原子和线性多原子分子的 （是对称数，旋转 微观态重复的次数）rq360上一内容下一内容回主目录O返回4.转动配分函数的计算9上一内容下一内容回主目录O返

32、回5.振动配分函数的计算 双原子分子的vqv1()0,1,2,2vhv设分子作只有一种频率 的简谐振动，振动是非简并的，其振动能为：,v1igv,012h式中v为振动量子数，当v=0时，称为零点振动能v,0上一内容下一内容回主目录O返回5.振动配分函数的计算,vv,vexp()iiiqgkT01()2expvvhkT令 称为振动特征温度,也具有温度量纲,则：vv,hkvvvv35exp()exp()exp()222qTTTvvv2 exp()1 exp()exp()2TTT上一内容下一内容回主目录O返回5.振动配分函数的计算 振动特征温度是物质的重要性质之一，越高，处于激发态的百分数越小，表示

33、式中第二项及其以后项可略去不计。vvq 也有的分子 较低，如碘的 ，则 的项就不能忽略。vv310 K1v在低温时，则 ，引用数学近似公式：v1Tvexp()1T211 11xxxx 时，上一内容下一内容回主目录O返回5.振动配分函数的计算则 的表示式为：vqvvv1exp()21exp()qTTv,0v0v/1exp1 exp()kTqqhkTVV1exp()exp()22TT将零点振动能视为零,即 则：v,010,2h 上一内容下一内容回主目录O返回5.振动配分函数的计算9上一内容下一内容回主目录O返回6.电子运动的配分函数e,0e,1ee,0e,1exp()exp()qggkTkTe,0

34、e,1e,1e,0e,0e,0 exp()1exp()ggkTgkT 电子能级间隔也很大，除F,Cl 少数元素外，方括号中第二项也可略去。虽然温度很高时，电子也可能被激发，但往往电子尚未激发，分子就分解了。所以通常电子总是处于基态，则：-1e,1e,0()400 kJ mol,e,0ee,0exp()qgkT上一内容下一内容回主目录O返回6.电子运动的配分函数若将 视为零，则e,0ee,021qgj 式中 j 是电子总的角动量量子数。电子绕核运动总动量矩也是量子化的，沿某一选定轴上的分量可能有 2j+1个取向。某些自由原子和稳定离子的 是非简并的。如有一个未配对电子，可能有两种不同的自旋，如

35、它的e,00,1,jge,01,2 2jg。Na,e,0ee,0exp()qgkT上一内容下一内容回主目录O返回7.核运动的配分函数n,0nn,0exp()qgkT由于化学反应中，核总是处于基态，另外基态与第一激发态之间的能级间隔很大，所以：如将核基态能级能量选为零，则上式可简化为：即原子核的配分函数等于基态的简并度，它来源于核的自旋作用。式中 sn 是核的自旋量子数。常数12nn,0nsgq上一内容下一内容回主目录O返回9.8 系统的熵与配分函数的关系玻耳兹曼熵定理摘取最大项原理熵的统计意义其它 不要求上一内容下一内容回主目录O返回JAMES CLERK MAXWELLJAMES CLERK

36、 MAXWELL(1831-1879)British physicist,presented his first scientific paper to the Royal Society of Edihburgh at the age of 15.In chemistry he is best known for his Maxwell distribution and his contributions to the kinetic theory of gases.In physics his name is most often associated with his Maxwell e

37、quations for electromagnetic fields.上一内容下一内容回主目录O返回LUDWIG BOLTZMANNLUDWIG BOLTZMANN(1844-1906)Austrian scientist,is best known for his work in the kinetic theory of gases and in thermodynamics and statistical mechanics.His suicide in 1906 is attributed by some to a state of depression resulting from

38、 the intense scientific war between the atomists and the energists at the turn of the century.On his tombstone is the inscription S=k ln W.上一内容下一内容回主目录O返回ALBERT EINSTEINALBERT EINSTEIN(1879-1955)was born in Germany and educated in Switzerland;and he died in the United States.He was refused a positio

39、n as assistant in the physics department in the Zurich Polytechnical institute on his graduation,and he settled for position as an examiner in the Swiss Patent Office in 1900.上一内容下一内容回主目录O返回ALBERT EINSTEINIn a few short years he produced three theories,each of which was fundamentally important in di

40、fferent branches of physics and chemistry:the theory of the photoelectric effect,the theory of Brownian motion,and the theory of relativity.Einstein was one of the few scientists to achieve worldwide stature in nonscientific circles for his scientific work.上一内容下一内容回主目录O返回ALBERT EINSTEINThe name Eins

41、tein is a household word,and has been introduced as a word in the English language.The expression“Hes a regular Einstein”is often applied to bright children.When I was a schoolboy,it was accepted fact among my associates that Einstein was the smartest man who ever lived,and that his theory of relati

42、vity was so complicated that only three people understood it,one of whom was Einstein himself.上一内容下一内容回主目录O返回ALBERT EINSTEINEinstein was forced out of Nazi Germany in the early 1930s along with Fritz Haber and others,and came to the United States,where he spent the rest of his life at the Institute

43、for Advanced Study at Princeton.Einstein received the Nobel Prize in physics in 1921 for his work on the photoelectric effect.上一内容下一内容回主目录O返回ENRICO FERMI ENRICO FERMI(1901-1954)Italian physicist,was actively engaged in many branches of physics during his career.His trip to Sweden to accept the Nobel

44、 Prize in physics in 1938 was used as a cover to flee Italy,and his intention not to return was known only to a few of his most intimate friends.He came to the United States,where he accepted a position on the faculty of columbia University.Later developments in the Axis nations rendered this decisi

45、on a very fortunate one,especially since his wife was Jewish.上一内容下一内容回主目录O返回ENRICO FERMI It was also lucky for the United States,since Enrico Fermi directed the research that led to the first successful chain reaction at the University of Chicago in 1942 and pointed to the feasibility of the atomic

46、bomb.His Nobel Prize was for“the discovery of new radioactive elements produced by neutron irradiation,and for the discovery of nuclear reactions brought about by slow electrons.”Fermi had devoted the years before 1938 to studying radioactivity induced by neutron bombardment.上一内容下一内容回主目录O返回ENRICO FE

47、RMI He thought that he had produced transuranic elements by bombarding uranium,and all workers in the field at that time accepted this explanation.It remained for Hahn and Strassman to show that the measured radioactivity was produced because of isotopes of much lighter eldments,and that Fermi had a

48、ctually produced nuclear fission instead of nuclear transmutation.It was a case of the right man getting the Nobel Prize,but for the wrong reason.上一内容下一内容回主目录O返回PAUL ADRIEN MAURICE DIRACPAUL ADRIEN MAURICE DIRAC(born 1902)British physicist,began his studies in the oretical physics after failing to g

49、et work as an electrical engineer,the field in which he had taken his undergraduate degree.Dirac introduced Einsteins theory of relativity into quantum mechanics and was one of the originators of relativistic quantum mechanics and also of the quantum theory of radiation.上一内容下一内容回主目录O返回PAUL ADRIEN MA

50、URICE DIRACOne anomalous result of his relativistic quantum mechanics was that certain aspects of the theory could be explained only by that of the electron.Shortly thereafter,Carl Anderson discovered the positron,and Diracs theory was turned into a triumph.Dirac shared the 1933 Nobel Prize with Erwin Schrodinger,and he was appointed Lucasian professor of mathematics at Cambridge University in 1932.That was the chair Sir Isaac Newton once held.