Giáo trình Vật lý thống kê và nhiệt động lực: Phần 1 - TS. Đỗ Xuân Hội

Giáo trình "Vật lý thống kê và nhiệt động lực: Phần 1" do TS. Đỗ Xuân Hội biên soạn với các bài tập kèm theo lý thuyết nhằm củng cố kiến thức, giúp các em sinh viên làm quen với việc nghiên cứu từng đề tài khoa học. Phần 1 cuốn giáo trình gồm 3 chương có nội dung về: Mô tả thống kê hệ vĩ mô; Phân bố vi chính tắc, tiêu đề cơ bản của cơ học thống kê; Phân bố chính tắc - ứng dụng. Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Vật lý thống kê và nhiệt động lực: Phần 1 - TS. Đỗ Xuân Hội TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA LÝ TS. ÑOÃ XUAÂN HOÄI TAØI LIEÄU LÖU HAØNH NOÄI BOÄ 2003 LÔØI NOÙI ÑAÀU Cuoán saùch naøy ñöôïc vieát xuaát phaùt töø giaùo trình vaät lyù thoáng keâ ñaõ giaûng cho caùc lôùp sinh vieân naêm thöù tö khoa Vaät lyù, tröôøng ÑHSP TP.HCM töø moät vaøi naêm qua. Tuy ñöôïc soaïn theo tinh thaàn cuûa chöông trình hieän haønh taïi khoa Vaät lyù, tröôøng ÑHSP TP. HCM, nhöng noäi dung saùch cuõng ñaõ ñöôïc môû roäng theâm, nhaèm cung caáp tö lieäu cho sinh vieân. Saùch ñöôïc trình baøy vôùi noã löïc lôùn veà maët sö phaïm: Ngoaøi phaàn baøi taäp keøm theo moãi chöông ñeå cuûng coá cuõng nhö ñeå ñaøo saâu theâm nhöõng kieán thöùc ñaõ ñöôïc phaân tích trong phaàn lyù thuyeát, moät soá ñeà taøi lôùn hôn ñöôïc soaïn döôùi daïng caùc “vaán ñeà” ñeå sinh vieân taäp laøm quen vôùi vieäc nghieân cöùu töøng ñeà taøi khoa hoïc troïn veïn vaø sinh vieân thaáy ñöôïc caùc lónh vöïc aùp duïng cuûa vaät lyù thoáng keâ, ví duï nhö trong vaät lyù thieân vaên. Phaàn naøy cuõng coù theå duøng ñeå gôïi yù cho caùc sinh vieân laøm seminar trong naêm hoïc, luaän vaên toát nghieäp, hoaëc coù theå naâng cao theâm ñeå chuaån bò cho caùc luaän vaên Thaïc só vaät lyù. Nhaän thöùc ñöôïc raèng vieäc naém vöõng ít nhaát laø moät ngoaïi ngöõ ñeå ñöôïc töï naâng cao trong quaù trình ñaøo taïo laø ñieàu nhaát thieát phaûi coù ñoái vôùi moãi sinh vieân neân trong phaàn phuï luïc coù keøm theo moät danh muïc caùc töø ngöõ ñoái chieáu Vieät-Anh-Phaùp thöôøng ñöôïc söû duïng trong moân vaät lyù thoáng keâ. Hy voïng raèng phaàn naøy seõ giuùp ích cho caùc sinh vieân khi söû duïng ngoaïi ngöõ trong khi hoïc taäp. Cuõng caàn nhaán maïnh raèng theo yù kieán cuûa moät soá nhaø vaät lyù coù uy tín treân theá giôùi thì phaàn nhieät ñoäng löïc hoïc phaûi ñöôïc xem nhö laø heä quaû cuûa moân cô hoïc thoáng keâ, ñöôïc trình baøy nhö moät moân vaät lyù lyù thuyeát thöïc söï, coù nghóa laø phaùt xuaát töø caùc tieân ñeà, cuõng töông töï nhö moân cô hoïc löôïng töû chaúng haïn. Phaàn khaùc, ta cuõng neân nhôù raèng moân cô hoïc thoáng keâ, cuøng vôùi cô hoïc löôïng töû vaø lyù thuyeát töông ñoái, hieän ñang taïo neân moät trong caùc truï coät cuûa vaät lyù hieän ñaïi. Cuoán saùch naøy ñöôïc xaây döïng treân tinh thaàn ñoù. Moät caùch toùm taét thì vaät lyù thoáng keâ coù theå ñöôïc hieåu nhö laø moân hoïc khaûo saùt caùc tính chaát vó moâ cuûa moät heä vaät lyù xuaát phaùt töø caùc ñaëc tính vi moâ cuûa nhöõng haït caáu taïo neân heä. Nhöng caùc ñaëc tính vi moâ naøy chæ coù theå ñöôïc moâ taû chính xaùc bôûi cô hoïc löôïng töû. Vì vaäy, ñeå hieåu ñöôïc cô sôû cuûa vaät lyù thoáng keâ, ñieàu töï nhieân laø phaûi naém vöõng caùc tính chaát löôïng töû cuûa caùc haït vi moâ. Tuy nhieân, trong cuoán saùch naøy, nhöõng kieán thöùc veà cô hoïc löôïng töû ñöôïc yeâu caàu ôû möùc toái thieåu. Nhöõng ñieàu gì caàn thieát seõ ñöôïc nhaéc laïi trong suoát giaùo trình. Cuõng neân noùi theâm raèng raát ñaùng tieác laø moät soá phaàn quan troïng cuûa vaät lyù thoáng keâ nhö khaûo saùt töø tính cuûa vaät chaát, hieän töôïng chuyeån pha, hieän töôïng vaän chuyeån,... khoâng ñöôïc ñeà caäp ñeán trong cuoán saùch naøy. Taùc giaû hy voïng raèng trong laàn taùi baûn sau seõ coù ñieàu kieän trình baøy caùc vaán ñeà treân. Do kinh nghieäm coøn ít, thôøi gian laïi raát haïn heïp neân chaéc chaén cuoán saùch naøy coøn nhieàu thieáu soùt, mong caùc baïn ñoïc vui loøng löôïng thöù vaø chæ daãn ñeå saùch ñöôïc hoaøn thieän trong laàn taùi baûn sau. Taùc giaû xin traân troïng ngoû lôøi caûm taï ñeán thaày Hoaøng Lan, nguyeân Tröôûng khoa, vaø thaày Lyù Vónh Beâ, Tröôûng khoa Vaät lyù, tröôøng ÑHSP TP. HCM ñaõ taïo taát caû caùc ñieàu kieän thuaän lôïi ñeå noäi dung cuûa cuoán saùch naøy ñöôïc truyeàn ñaït ñeán caùc sinh vieân trong vaøi naêm vöøa qua. Ñoàng thôøi, taùc giaû cuõng xin baøy toû loøng bieát ôn ñeán PGS-TS Nguyeãn Khaéc Nhaïp vaø thaày Ñaëng Quang Phuùc ñaõ vui loøng ñeå ra thì giôø quí baùu ñoïc baûn thaûo saùch vaø goùp yù cho taùc giaû. Ngoaøi ra, taùc giaû cuõng ghi laïi ôû ñaây lôøi caùm ôn ñeán GV Nguyeãn Laâm Duy vaø SV Nguyeãn Troïng Khoa ñaõ noã löïc ñaùnh maùy vi tính baûn thaûo vôùi loøng nhieät tình vaø taän tuïy nhaát. Cuoái cuøng, taùc giaû baøy toû loøng caùm ôn ñeán Phoøng AÁn baûn tröôøng ÑHSP TP.HCM ñaõ laøm vieäc tích cöïc ñeå cuoán saùch naøy mau choùng ñöôïc in vaø ñeán tay baïn ñoïc. TAÙC GIAÛ Chöông I MOÂ TAÛ THOÁNG KEÂ HEÄ VÓ MOÂ IA Nhöõng traïng thaùi vi moâ khaû dó IB Phöông phaùp thoáng keâ cho heä vó moâ IC Taäp hôïp thoáng keâ. Nguyeân lyù ergodic ID Entropi thoáng keâ trong lyù thuyeát thoâng tin Vaät lyù thoáng keâ coù ñoái töôïng nghieân cöùu laø nhöõng heä vó moâ, laø nhöõng heä chöùa moät soá raát lôùn nhöõng haït (nhö electron, photon, nguyeân töû, phaân töû,…); nhöõng heä naøy coù theå toàn taïi döôùi nhöõng traïng thaùi vaät lyù khaùc nhau : khí, loûng, raén, plasma vaø böùc xaï ñieän töø. Veà phöông dieän ño löôøng, kích thöôùc vaø naêng löôïng cuûa moät heä vó moâ ñöôïc xaùc ñònh bôûi meùt (vaø caùc boäi soá vaø öôùc soá cuûa meùt) vaø Joule. Trong khi ñoù, heä vi moâ laø heä coù kích thöôùc so saùnh ñöôïc vôùi kích thöôùc cuûa nguyeân töû, phaân töû, … töùc laø ñöôïc ño löôøng bôûi Å ( = 10-10 m ), vaø naêng löôïng cuûa heä vi moâ seõ ñöôïc ño baèng ñôn vò eV ( ≈ 1,6.10-19 Joule ). Moät caùch ñôn giaûn nhaát ñeå thieát laäp moái quan heä giöõa moät heä vó moâ vaø moät heä vi moâ laø thoâng qua haèng soá Avogadro NA≈6 ...