热力学第三定律

伊犁师范学院物理科学与技术学院2014届本科毕业论文(设计)

论文题目：绝对零度下气体热力学性质的研究

作者姓名：严冬

班级：10-2班

专业：物理学

学号：2010070201032

指导教师：付清荣

完成时间：2014年月日

物理科学与技术学院

二〇一四年五月三十一日

绝对零度下气体热力学性质的研究

内容摘要

本文先介绍热力学三定律的内容，了解热力学第三定律的两种表述。就绝对零度下研究了玻色统计与费米统计，主要讨论的气体有：光子气体，玻色—爱因斯坦凝聚，金属气体。通过对这些内容的讨论，得出绝对零度下，各种气体的性质以及对这些气体性质的应用。着重介绍了玻色—爱因斯坦凝聚，强调了它在物理科研的应用及对其应用的开发，本文主要用热力学统计的计算来展开讨论。

关键字: 绝对零度玻色—爱因斯坦凝聚金属气体热力学第三定律

Absolute zero under the various properties of gases

Content in this paper

This article first introduced the content of the third law of thermodynamics, two understand the third law of thermodynamics.Is absolute zero studied bose and Fermi statistics, statistical gas are discussed are:the photon gas, bose - Einstein condensation, metal gas.Through the discussion of the content, it is concluded that absolute zero, the various properties of the gas and the application of the gas properties.Introduces the bose - Einstein condensation, emphasizes the applications of it in physics research and development of its application, this paper mainly to discuss with statistical thermodynamics calculation.

Key words: Absolute zero Bose - Einstein condensation Metal gas properties The third law

of thermodynamics

目录

1、热力学第三定律........................................... 错误！未定义书签。

1.1 导言 ...................................................... 错误！未定义书签。

1.2热力学第一定律和第二定律 (1)

1.3热力学第三定律 (2)

1.4热力学第三定律的两种表述 (3)

2、玻色统计与费米统计 (4)

2.1玻色分布与费米分布 (4)

2.2玻色统计与费米统计 (5)

3、玻色气体 (7)

3.1光子气体 (7)

3.2玻色—爱因斯坦凝聚 (9)

4、费米气体 ...................................................... 错误！未定义书签。

4.1金属中的自由电子气体........................... 错误！未定义书签。

4.2零点能 ................................................... 错误！未定义书签。

4.3零点压强 (19)

4.4绝对零度时的熵 ..................................... 错误！未定义书签。

4.5经典极限下理想费米气体和理想玻色气体的差异 (20)

5、工作总结和展望 (21)

5.1研究热力学气体的性质 (21)

5.2展望未来 (22)

参考文献 (23)

致谢 (24)

1热力学第三定律

1.1导言

我们在日常生活中接触的宏观物体是由大量微观粒子（分子或其它粒子）构成的。这些微观粒子不停地进行着无规则的运动。人们把这大量微观粒子的无规则运动称作物质的热运动。热力学是热运动的宏观理论。通过对热现象的的观测、实验和分析，人们总结出热现象的基本规律。这就是热力学第一定律、第二定律和第三定律。这几个基本规律是无数经验的总结，适用于一切宏观物质系统。

1.2热力学第一定律和第二定律

Q W U U A B +=-是热力学第一定律的数学表达式。它的物理意义是，系统在终态B 和初态A 的内能之差A B U U -等于在过程中外界对系统所作的功与系统从外界吸收的热量之和。这就是说，在过程中通过作功和热传递两种方式所传递的能量，都转化为系统的内能。

热力学第一定律就是能量守恒定律。自从焦耳以无可辩驳的精辟的实验结果证明机械能、电能、内能之间的转化满足守恒关系之后，人们就公认能量守恒定律是自然界的一个普遍规律，适用于一切形式的能量。能量守恒定律的表述是：自然界一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，可以从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递到另一个物体，在传递与转化过程中能量的数量不变。热力学第一定律因此还有另一个种表述：第一类永动机是不可能造成的。

在热力学第一定律被发现之后，克劳修斯和开尔文分别审查了卡诺的工作，指出要证明卡诺定理需要一个新的原理，从而发现了热力学第二定律。他们提出的热力学第二定律的表述分别如下：

克氏表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它的变化。

开氏表达：不可能从单一热源吸热使之完全变成有用的功而不引起其它变化。 热力学第二定律的开氏说法也可以表示为：第二类永动机是不可能造成的。

所谓第二类永动机是指能够从单一热源吸热，使之完全变成有用的功而不产生其