热力学统计结课作业
热力学与统计物理学课后习题及解答
第一章 热力学的基本规律1.1 试求理想气体的体胀系数α，压强系数β和等温压缩系数T k 。
解：由理想气体的物态方程为 nRT PV = 可得: 体胀系数：TP nR V T V V αp 111==⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂= 压强系数：TV nR P T P P βV 111==⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=等温压缩系数：P P nRT V P V V κT 1)(112=−⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂−=1.2 证明任何一种具有两个独立参量P T ，的物质，其物态方程可由实验测得的体胀系数α及等温压缩系数T k ，根据下述积分求得：()⎰−=dP κdT αV T ln 如果PκT αT 11==，，试求物态方程。
解： 体胀系数：p T V V α⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=1，等温压缩系数：TT P V V κ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂−=1 以P T ，为自变量，物质的物态方程为：()P T V V ,= 其全微分为：dP κV VdT αdP P V dT T V dV T Tp −=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=，dP κdT αV dV T −= 这是以P T ，为自变量的全微分，沿任意的路线进行积分得：()⎰−=dP κdT αV T ln 根据题设 ，将P κT αT 1,1==，代入：⎰⎪⎭⎫ ⎝⎛−=dP P dT T V 11ln 得：C pT V +=lnln ，CT PV =，其中常数C 由实验数据可确定。
1.4 描述金属丝的几何参量是长度L ，力学参量是张力£，物态方程是()0£=T L f ，，，实验通常在1n p 下进行，其体积变化可以忽略。
线胀系数定义为：£1⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=T L L α，等温杨氏模量定义为：TL A L Y ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=£，其中A 是金属丝的截面积。
一般来说，α和Y 是T 的函数，对£仅有微弱的依赖关系。
如果温度变化范围不大，可以看作常量。
热力学统计物理 课后习题 答案及热力学统计物理各章重点总结
第七章 玻耳兹曼统计7．1试根据公式Va P Lll∂∂-=∑ε证明，对于非相对论粒子 ()222222212z y x n n n L m m P ++⎪⎭⎫ ⎝⎛== πε，（ ,2,1,0,,±±=zy x n n n ）有V U P 32= 上述结论对于玻尔兹曼分布，玻色分布和费米分布都成立。
证明：处在边长为L 的立方体中，非相对论粒子的能量本征值为()22222,,2212z y x n n nn n n L m m P zy x ++⎪⎭⎫ ⎝⎛== πε （ ,2,1,0,,±±=z y x n n n ）-------（1） 为书写简便，我们将上式简记为32-=aVε-----------------------（2）其中V=L 3是系统的体积，常量()22222)2(z y x n n n ma ++=π，并以单一指标l 代表n x ,n y ,n z 三个量子数。
由（2）式可得VaV V l L εε323235-=-=∂∂----------------------（3） 代入压强公式，有VUa VV a P l ll L ll3232==∂∂-=∑∑εε----------------------（4） 式中 l ll a U ε∑= 是系统的内能。
上述证明未涉及分布的具体表达式，因此上述结论对于玻尔兹曼分布，玻色分布和费米分布都成立。
注：（4）式只适用于粒子仅有平移运动的情形。
如果粒子还有其他的自由度，式（4）中的U 仅指平动内能。
7．2根据公式Va P Lll∂∂-=∑ε证明，对于极端相对论粒子 ()212222z y x n n n Lccp ++== πε， ,2,1,0,,±±=z y x n n n 有VUP 31=上述结论对于玻尔兹曼分布，玻色分布和费米分布都成立。
证明：处在边长为L 的立方体中，极端相对论粒子的能量本征值为()21222,,2z y x n nn n n n Lc zy x++= πε， ,2,1,0,,±±=z y x n n n -------（1）为书写简便，我们将上式简记为31-=aVε-----------------------（2）其中V=L 3是系统的体积，常量()212222zyxn n n c a ++= π，并以单一指标l 代表n x ,n y ,n z 三个量子数。
500003 热力学与统计物理学 作业(专升本)
《热力学与统计力学》作业一. 填空题1. 准静态过程是指过程进行的________，使得其每一步都可看作是__________。
2. 自然界与热现象有关的一切实际宏观过程都是____________过程，无摩擦的准静态过程是_____ 过程。
3. 二级相变的特征是：相变时两相的化学势及其________连续，但_______不连续。
4. 焓的定义式是_________, 其物理意义是_____________。
5. 热力学第二定律的克劳修斯表述是：_____________。
6. 玻尔兹曼关系式为___________。
由此知，熵是系统____________的量度。
7. 特性函数是指当__________选择自变量时，能够表达系统__________的函数。
8. 熵增加原理是说，对于绝热过程，系统的熵_____________________________。
9. 三维自由粒子在体积V，能量ε—ε+dε中的微观态数为__________________________。
10. 统计系综是指_____________________________________________________。
11. 玻色和费米统计过渡到玻尔兹曼统计的条件是___________。
12. 热力学第二定律的数学表达式是____________。
13. 克拉泊龙方程是描述相平衡曲线的________的方程，其表达式为_________。
14. 由HO2、NaCl和BaCl2组成的系统，处在气相、液相和一个固相共存的平衡态中，它的独立强度量个数是___________。
15. 描述平衡态的状态参量有四类，它们分别是、______、______、______。
16. 自然界的一切实际宏观过程都是_______过程，无摩擦的准静态过程是_______过程。
17. 量子统计过渡到玻尔兹曼统计的条件是__________。
热力学与统计物理课后习题答案第一章
热力学与统计物理课后习题答案第一章1.1 试求理想气体的体胀系数α,压强系数β和等温压缩系数κT 。
解：已知理想气体的物态方程为,pV nRT = （1）由此易得11,p V nR V T pV Tα=== ?（2） 11,V p nR p T pV Tβ=== ?（3） 2111.T T V nRT V p V p pκ=-=--= ? ? ???????? （4）1.2 证明任何一种具有两个独立参量,T p 的物质，其物态方程可由实验测得的体胀系数α及等温压缩系数κT ，根据下述积分求得：()ln T V =αdT κdp -?如果11,T T pακ==，试求物态方程。
解：以,T p 为自变量，物质的物态方程为(),,V V T p =其全微分为.p TV V dV dT dp T p=+ ? ?（1）全式除以V ，有11.p TdV V V dT dp V V T V p =+ ? ?根据体胀系数α和等温压缩系数T κ的定义，可将上式改写为.T dVdT dp Vακ=- （2）上式是以,T p 为自变量的完整微分，沿一任意的积分路线积分，有()ln .T V dT dp ακ=-? （3）若11,T T pακ==，式（3）可表为 11ln .V dT dp Tp ??=- （4）选择图示的积分路线，从00(,)T p 积分到()0,T p ，再积分到（,T p ），相应地体积由0V 最终变到V ，有000ln=ln ln ,V T p V T p - 即00p V pV C T T ==（常量），或.p V C T=（5）式（5）就是由所给11,T T pακ==求得的物态方程。
确定常量C 需要进一步的实验数据。
1.3 在0C 和1n p 下，测得一铜块的体胀系数和等温压缩系数分别为51714.8510K 7.810.n p ακ----=?=?T 和T ακ和可近似看作常量，今使铜块加热至10C 。
统计物理-作业
1 dT =− γ−1 T
dV V
=⇒
ln F ( T ) + ln V = C
■
其中 C 为常数.
1.16 理想气体分别经等压过程和等容过程, 温度由 T1 升至 T2 . 假设 γ 是常数, 试证 明前者的熵增加值为后者的 γ 倍. 理想气体的熵可表示为 S = Cv ln T + R ln V + S0 = C p ln T − R ln p + S0 理想气体分别经等压过程和等容过程, 温度由 T1 升至 T2 , 其熵变分别为 ∆S p = C p ln T2 − C p ln T1 = C p ln 因此两过程的熵变比值为 Cp Sp = =γ SV CV
■
T2 , T1
∆SV = CV ln T2 − CV ln T1 = CV ln
T2 T1
1.17 温度为 0◦ C 的 1kg 水与温度为 100◦ C 的恒温热源接触后, 水温达到 100◦ C. 试 分别求水和热源的熵变以及整个系统的总熵变. 欲使参与过程的整个系统的熵保持不 变, 应如何使水温从 0◦ C 升至 100◦ C? 已知水的比热容为 4.18J · g−1 K−1 . 温度为 0◦ C 的 1kg 水与温度为 100◦ C 的恒温热源接触后, 水温达到 100◦ C, 水的熵变为 ∆ S水 =
T
2
周吕文
力学所 (魏小林): 热力学统计物理
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在一定温度范围内可以把 α 和 κ T 看作常量, 选择适当的积分路径 ( p0 , T0 ) → ( p0 , T ) → ( p, T ) 对上式两端同时积分得 ( ) ln V − ln V0 = α( T − T0 ) − κ ( p − P0 ) =⇒ V = V0 exp α( T − T0 ) − κ ( p − P0 ) 对上式中的指数函数作泰勒展开得 [ ] (( )2 ) V = V0 1 + α( T − T0 ) − κ ( p − P0 ) + O α( T − T0 ) − κ ( p − P0 ) 由于固体和液体的体胀系数 α 和等温压缩系数 κ T 数值都很小, 因此上式中的高阶项可 忽略并取 p0 = 0, 则简单固体和液体的物态方程可近似为 V ( T , p) = V0 ( T0 , 0)[1 + α( T − T0 ) − κ T p]
热力学与统计物理 - 习题课一 2024-11-18
第一章 习题10.(a)等温条件下,气体对外作功为22ln 2V VVVdVW pdV RT RT V===⎰⎰ln 2Q W RT =-=- ()0U ∆=(b)等压条件下,由PV RT =,得RTP V =所以 o o o o o o RT V P V V P W ==-=)2( 当体积为2V 时 22P VPV T T R R=== 1252TP P T Q C dT C T RT ===⎰11.(1) ()521 2.110P Q C n T T cal =-=⨯⎪⎭⎫⎝⎛==25041000n (2) 51.510VU nC T cal ∆=∆=⨯ (3)4610W Q U cal =-∆=⨯ (4) 因为0W =,所以51.510Q U cal =∆=⨯12.由热力学第肯定律Q d W d dU += (1)对于准静态过程有PdV W d -=对志向气体V dU C dT =气体在过程中汲取的热量为dTC Q d n =由此()n V C C dT PdV -= (2)由志向气体物态方程RT n PV += (3) 且 P VC C n R +-= 所以 ()()n V P V dT dVC C C C T V-=- (4) 对志向气体物态方程(3)求全微分有dV dP dT V P T+= (5)(4)与(5)联立,消去dTT ,有()()0n V n P dP dVC C C C P V-+-= (6)令n Pn V C C n C C -=-,可将(6)表示为0dV dPn V P += (7)若,,n V P C C C 均为常量,将(7)式积分即得nPV C = (8)式(8)表明,过程是多方过程.14. (a) 以T,P 为电阻器的状态参量,设想过程是在大气压下进行的,假如电阻器的温度也保持为27C 不变,则电阻器的熵作为状态函数也保持不变.(b) 若电阻器被绝热壳包装起来,电流产生的焦耳热Q 将全部被电阻器汲取而使其温度由i T 升为f T ,所以有2()P f imC T T i Rt -= 2600f i Pi RtT T K mC =+= （1卡 = 4.1868焦耳）139.1ln-•===∆⎰K cal T T mC TdT mC S ifT T p p fi15．依据热力学第肯定律得输血表达式Q d W d dU += （1）在绝热过程中，有0=Q d ，并考虑到对于志向气体dT C dU v = （2）外界对气体所作的功为：pdV w d -=，则有0=+pdV dT C v （3）由物态方程nRT pV =,全微分可得nRdT Vdp pdV =+ （4）考虑到对于志向气体有)1(-=-=γv v p C C C nR ，则上式变为dTC Vdp pdV v )1(-=+γ （5）把（5）和（3）式，有0=+pdV Vdp γ （6）所以有 V p V p sγ-=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂ （7）若m 是空气的摩尔质量,m +是空气的质量，则有V m +=ρ和m m n +=ss s VV p p ⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ρρ ssV p m V p ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+2ρ （8）将式（7）代入（8）式，有+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂m pV p sγρ （9） 由此可得+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=m pV p v sγρ有物态方程RT m m nRT pV +==，代入上式，得m RTmpVv γγ==+17.(1) 0C 的水与温度为100C 的恒温热源接触后水温升为100C ,这一过程是不行逆过程.为求水、热源和整个系统的熵变，可以设想一个可逆过程，通过设想的可逆过程来求不行逆过程前后的熵变。
热力学与统计物理期末题库
热力学与统计物理期末习题一、简答题1.什么是孤立系？什么是热力学平衡态？2.请写出熵增加原理？并写出熵增加原理的数学表达式？3.说明在S ，V 不变的情形下，平衡态的U 最小。
4.试解释关系式 ∑∑+=l l l l l l da d a dU εε 的物理意义？5.什么是玻色－爱因斯坦凝聚，理想玻色气体出现凝聚体的条件是什么？6.什么是热力学系统的强度量？什么是广延量？7.什么是热动平衡的熵判据？什么是等概率原理？请写出单元复相系的平衡条件。
8.写出吉布斯相律，并判断盐的水溶液的最大自由度数。
9.写出玻耳兹曼关系，并说明熵的统计意义。
10.请分别写出正则分布的量子表达式和经典表达式？11.简述卡诺定理及其推论。
12.什么是特性函数？若自由能F为特性函数，其自然变量是什么？13.说明一般情况下，不考虑电子对气体热容量贡献的原因。
14.写出热力学第二定律的数学表述，并简述其物理意义。
15.试讨论分布与微观状态之间的关系？16.请写出麦克斯韦关系。
17.什么是统计系综？18.利用能量均分定理，写出N个CO分子理想气体的内能与热容量（不考虑振动），并简要说明在常温范围，振动自由度对热容量贡献接近于零的原因。
19.简述经典统计理论在理想气体中遇到的困难。
20.理想玻色气体出现凝聚体的条件是什么？凝聚体有哪些性质？21.试给出热力学第一定律的语言描述和数学描述。
22.试给出热力学第二定律的语言描述和数学描述。
二、填空题1.均匀系统中与系统的质量或物质的量成正比的热力学量，称为 。
2.在等温等容过程中，系统的自由能永不 。
(填增加、减少或不变)3.体在节流过程前后，气体的 不变；理想气体经一节流过程，其焦汤系数=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂Hp T 。
4.一级相变的特点是 。
5.在满足经典极限条件1>>αe 时，玻色系统、费米系统以及玻耳兹曼系统的微观状态数满足关系 。
6.玻尔兹曼分布的热力学系统的内能U 的统计表达式是 。
热力学统计物理课后习题答案
热力学统计物理课后习题答案第二章均匀物质的热力学性质2.1温度维持为250C ，压强在0至1000Pn 之间，测得的水的实验数据如下： 11363)104.1105.4(----+?= ?Kmol cm P T V P若在250C 的恒温下，将水从1 Pn 加压至1000Pn ，求水的熵增和从外界吸收的热量。
解：将题设定为11363)104.1105.4(----+?= ?Kmolcm P T V P=A+BP (1)由吉布斯函数G 的全微分dG= -SdT+VdP得麦氏关系 TP P S T V-=??? ???? (2)因此dP BP A dP T V dP P S S P P PP P T P P )(212121+-=??? ????-=???=)](2)([212212P P B P P A S -+--=? (3)将P 1=1 Pn,P 2=1000 Pn ，代入得 ?S= -0.527J ?mol -1?K -1 根据式子（1.14.4）,在等温过程中水从外界吸收的热量Q 为Q=T ?S=298?(-0.527)J ? mol -1= -157 J ? mol -12.2 已知在体积保持不变时，一气体的压强正比于其热力学温度。
试证明在温度保持不变时，该气体的熵随体积而增加。
解：根据题设，气体的压强可以表示为P=f(V)T （1）式子中的f(V)是体积V 的函数. 由自由能的全微分 dF= -SdT -PdV得麦氏关系 VT T P V S=??? ???? （2）将式子（1）代入，有 T P V f T P V S V T ===??? ????)( （3）由于P>0,T>0, 故有0>TV S 。
这意味着，在温度保持不变时，该气体的熵随体积的增加而增加。
2.3设一物质的物态方程具有以下形式：P=f(V)T ，试证明其内能与体积无关。
解：根据题设，物质的物态方程具有以下形式：P=f(V)T （1）式子中的f(V)是体积V 的函数. 故有)(V f T P V=??? ???? （2）根据（2.2.7）式，在温度保持不变时，内能随体积的变化率与物态方程的关系P T P T V U VT -??? ????=??? ???? （3）得0)]([=-=-=-??? ????=??? ????P P P v f T P T P T V U VT （4）说明：如果物质具有形式为P=f(V)T 的物态方程，则物质的内能与体积无关，只是温度T 的函数。
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热力学·统计物理结课作业学院：理学院班级：应用物理二班学号：11510203姓名：司家旺绝对零度的思考摘要: 简要叙述了绝对零度的定义、由来和极低温的历史。
对绝对零度的定义以及不可达到性谈了自己的理解。
说明了不能从热力学第二定律推导绝对零度不可能达到的原因。
同时记载了人类在迈向绝对零度，改写低温记录的历程。
最后阐述了绝对零度不可能达到与热力学第三定律是不等价的。
关键词:绝对零度；温度；理想气体The thought of the absolute zeroAbstract: It Briefly describes the definition，the origin and the extremely low temperature of the absolute zero . according to the definition of the absolute zero，we know the definition of the absolute zero cannot reach sexual and we talk about our own understanding. the instructions from the second law of thermodynamics is absolute zero impossible reason.what’s more the second law of thermodynamics against the absolute zeor，in a human the absolute zero temperature records Constantly to be rewritten.Finally expounds absolute zero may not achieve and the laws of thermodynamics and BuDengJia is not equivalence.Key words: Absolute zero；Temperature；The ideal gas引言：目前公认的绝对零度,是热力学温标的起点,相当于-273.15℃。
研究发现,温度降低时,分子运动会变慢,温度降低的极限就是分子静止时的温度,由此得出了绝对零度的概念。
绝对零度无法测量,因为要使一种测量温度的仪器既要测到绝对零度而又不会干扰受测的系统是不现实的。
如果受测系统受到干扰,比如因仪器温差引起的热干扰或接触引起的运动干扰,那么待测体系的分子或原子就会运动,这样就不是绝对零度了。
正文：1.绝对零度的由来绝对零度，理论上所能达到的最低温度，在此温度下物体没有内能。
把-273.15℃定作热力学温标(绝对温标)的零度，叫做绝对零度（absolute zero）。
热力学温标的单位是开尔文（K）。
绝对零度的概念早在17世纪末阿蒙顿(G．Amontons)的著作中就已有萌芽[1]。
他观测到空气的温度每下降一等量份额，气压也下降等量份额。
继续降低温度，总不会得到气压为零的时候，所以温度降低必有一限度。
他认为任何物体都不能冷却到这一温度以下。
阿蒙顿还预言，达到这个温度时，所有运动都将趋于静止。
目前，我们通常把200~81k称为普冷区；80~0.3k称为低温区或深冷区；而把0.3k 以下的温区称为极冷区。
那么，低温有没有尽头呢？1785年，法国物理学家查理发现：一定量的气体，在体积一定的情况下，温度每降低一度，压强就会降低它在零度的1/273。
17年以后，盖·吕萨克又发现：一定量的气体，在压强一定的情况下，温度每降低一度，气体体积就会缩小它在零度的1/273。
照此推算，当温度降低至－273℃时，所有气体的体积和压强都变为零。
又过了半世纪，英国物理学家汤姆生明确指出：温度每降低一度，降低1/273的是物质分子的平均内能，即在－273℃时物质分子的平均内能要变为零，这显然是不可能的。
结论很清楚，－273℃是物质的最低温度，物质世界里再没有比它更低的温度了。
这就是绝对温度的由来，也是科学上常用的热力学温标(K)的起点。
1848年，英国科学家威廉·汤姆逊·开尔文勋爵建立了一种新的温度标度，称为绝对温标，它的量度单位称为开尔文（K）。
这种标度的分度距离同摄氏温标的分度距离相同。
它的零度即可能的最低温度，相当于零下273摄氏度（精确数为-273.15℃），称为绝对零度。
因此，要算出绝对温度只需在摄氏温度上再加273即可。
2.绝对零度的测量传统测量绝对零度的方法是采用外推法估算理想气体可以达到的最低温度（绝对零度）的摄氏温。
代伟等[2]曾报道新型PTl4扩散硅压力传感器和AD590电流型集成温度传感器灵敏度高，用它们配合贮气球体测量绝对零度，测量准确性和重复性好。
将它们用于改进的绝对零度测量装置，实验时能明显地观察热力学现象，实验结果精确。
以空气为介质，用改进后的实验装置测得的绝对零度值为-272.00℃，与标准值相比，百分差为0.42％，这在热学与热力学的实验中测量准确度是较高的。
测得平均值为-274.12℃，而理论值为-273.15℃，绝对误差小于0.5％。
3.绝对零度不能达到的原因按照热力学温标测量温度，绝对温度零度相当于摄氏零下273.15度（-273.15℃），是自然界中可能的最低温度。
在绝对零度下，原子的运动完全停止了，那么就意味着我们能够精确地测量出粒子的速度(0)。
然而1890年德国物理学家马克斯·普朗克引入的了普朗克常数表明一个事实：粒子的速度的不确定性、位置的不确定性与质量的乘积一定不能小于普朗克常数，这是我们生活着的宇宙所具有的一个基本物理定律(海森堡不确定关系)。
那么当粒子处于绝对零度之下，运动速度为零时，与这个定律相悖，因而我们可以在理论上得出结论，绝对零度是不可以达到的。
1906年能斯特（Nernst）在研究各种化学反应在低温下的性质时引出一个结论，称为能斯特定理。
Nernst定理指出[3]，在接近绝对零度时，任何过程中的熵值不变，它既是等熵过程，又是绝热过程，没有热量的交换（如果有热量的交换△S就不等于零）。
因此，任何凝聚态物质在接近绝对零度时，无论进行什么热力学过程，都不能通过释放热量而降低温度。
而凝聚态物质也不能靠绝热膨胀对环境做功而降低温度。
所以，系统的温度不可能继续降低，因而达不到绝对零度。
4.经典热力学对“绝对零度不能达到”解释的局限性根据经典热力学,温度是物体分子热运动的平均动能的标志,由于物体内分子无规则运动的平均动能与温度成正比,如果绝对零度能够达到,则分子的平均动能为零,则分子将处于完全静止状态。
而分子动理论对分子的热运动有这样的描述:“物体是由大量分子组成的,分子永不停息地做无规则运动”。
因此,与分子动理论完全矛盾。
上面经典热力学做出的解释好像能够证明绝对零度不能达到。
但是随着实践的进展,经典热力学理论已显示出它的局限性:如果在绝对零度下粒子是静止不动的,那么它的速度为零,这时它的位置就可以测出来。
这样的话,位置和速度两者的值我们都知道了,这不符合海森堡的测不准原理———它只允许知道一个。
所以,近代物理的量子理论对经典热力学作了修正,指出:即使温度达到了绝对零度,分子运动也不会停止,而是每个分子都可以具有一个最小能量———称为“零点能”。
可以看出,从经典热力学出发,认为分子在绝对零度会静止不动的观点是站不住脚的,我们从经典热力学来解释绝对零度不能达到就表现出了一些局限性。
5.迈向绝对零度（1）开创低温物体研究新天地国际研究小组的共同主持人之一大卫·普里查德(DavidE.万toh田月)介绍说，将气体冷却到极端接近绝对零度的条件对于精确测量具有重要意义，此次实验成果有助于制造更为精确的原子钟和更为精确的测定重力等。
低温物理是在低温条件下研究物质的物理性质，研究物质中电子、原子、原子核、分子之间的相互作用及运动规律的学科，是凝聚态物理学中的一个重要领域.在极低温下，物质中的热运动被减至极低的程度，物质处在能量的基态或低能激发态，量子力学的现象尤为突出。
从这种意义上，也可以说低温物理是凝聚态物质能量量子化的物理学。
当今凝聚态物理基础研究的重大热点问题，许多都以低温物理的研究作为基础。
例如，高温超导机理研究中的一些基本问题:元激发相互作用的性质，是否进人玻色凝聚态等；介观尺度物理研究中的量子相干效应，纳米物质中的量子尺寸效应、声子表面模效应等，只有在很低温度下才能突出地显现出来。
由于低温物理学的上述独特性质，它已成为物理学中非常重要而且成果最为丰富的一个分支。
专家认为，低温物理在各个研究领域都必不可少，许多重要物理规律的研究都要在低温下进行。
玻色一爱因斯坦凝聚态所具有的奇特性质，使它不仅对基础研究有重要意义，而且在芯片技术、精密测量和纳米技术等领域都让人看到了非常美好的应用前景。
凝聚态中的原子几乎不动，可以用来设计精确度更高的原子钟，以应用于太空航行和精确定位等。
凝聚体具有很好相干性，可以用于研制高精度的原子干涉仪，测量各种势场，测量重力场加速度和加速度的变化等。
原子激光也可能用于集成电路的制造，大大提高集成电路的密度，因此将大大提高电脑芯片的运算速度。
凝聚体还被建议用于量子信息的处理，为量子计算机的研究提供另外一种选择。
（2）手持技术”推测绝对零度Fourier是由数据采集器+传感器+多媒体计算机[C=1构成的一种新型掌上实验系统(Handheld system Laboratory，简称手持技术)。
其中Fourier系列的传感器成功的克服传统实验仪器的诸多弊端。
例如本实验所用的温度和气压传感器，不仅精度高(分别可精确到0.01℃和0. O1kPa)、误差小、反应快，可重复性强，而且更重笋的是在于这套新型掌上实验系统具备“实时实验”的能力[3-4]，数据采集处理和图形的描述都由计算机完成，所以师生就可以从数据读取处理和图形描绘等，繁琐的简单劳动中解脱出来，进而腾出更多的时间与精力进行更深层次的探索与研究。
根据在一个密闭的体系中(保持体积不变)，测量体系压强随温度变化的曲线(根据查理定律，应该是条直线，边与横坐标温度的交点就是绝对零度)的原理通过实验推测出。
（3）逼近绝对零度改写低温记录近年来，低温物体研究不断传出捷报，日前，在麻省理工学院，一个由德国、美国、奥日前，在麻省理工学院，一个由德国、美国、奥地利等国科学家组成的国际科研小组改写了人类创造的最低温度纪录。
他们在实验室内达到了仅仅比绝对零度高0.5纳开尔文的温度，而此前的纪录是比绝对零度高3纳开。
这是人类历史上首次达到绝对零度以上1纳开以内的极端低温。