统计热力学

普通高等教育“十四五”规划教材

本教材作为《冶金物理化学》（高等教育出版社）的姊妹篇，保持了《冶金物理化学》教材力求概念精准、定义严密、逻辑清晰、推导缜密、深入浅出、应用性强的风格，教材集笔者常年教学经验，将量子力学知识与统计计算相结合，对于较苦涩难懂的问题或较难掌握的概念、公式做了详细的阐述，易于被忽略、混淆的词汇、用语以及特别需关注之处采用醒目的“注意”栏给予说明或解释，并安排了大量的例题与习题，有助于读者对知识点的消化、理解、掌握与自学。同时坚持历史文化传承，在教材的余白处图文并茂地介绍了与本教材内容相关的历史名人，方便读者了解有关统计热力学的发展历史脉络。

本书从分子的能量分析入手，论述了经典力学描述微观粒子性质的局限性，通过引入量子力学知识，介绍了微观粒子的能量赋存方式与具有普适性的微观粒子玻耳兹曼分布统计方法以及统计热力学中最重要的概念——配分函数，详细论述了配分函数的引出、计算以及与宏观热力学性质之间的关系，由浅入深地介绍了统计热力学在热力学参数计算上的应用，并从微观角度介绍了动力学参数的微观机理。

1 引论

1.1 关于统计热力学

1.2 热力学基本关系式

1.3 状态方程

1.4 最概然速率、平均速度、方均根速率

2 分子的能量

2.1 能量守恒定律的限定条件

2.2 粒子的平动能、转动能和振动能的自由度

2.3 经典力学理论

2.4 量子力学理论

习题

3 微观粒子的分布及配分函数

3.1 概述

3.2 微观粒子的分布规律

3.3 玻耳兹曼分布定律的验证

3.4 任意能级的相对粒子数

3.5 温度的微观解释

3.6 粒子的速度分布

习题

4 统计热力学

4.1 概述

4.2 热力学能量的统计计算

4.3 无相互作用的微观粒子配分函数

4.4 反应平衡常数与配分函数的关系

4.5 由配分函数求算自由能函数

习题

5 动力学参数的微观诠释

5.1 碰撞理论

5.2 活化络合物理论

5.3 碰撞理论与活化络合物理论的比较

附录

附录1 本征方程

附录2 有关排列组合

附录3 Stirling公式

附录4 正态分布函数积分值

附录5 常用物理常数

附录6 常用定积分公式