化学势在热力学与统计物理学中的地位
关键词：化学势；热力学；统计物理
Status of Chemical Potential in Thermodynamics and Statistical Physics
Abstract: The chemical potential is a very important physical quantity in thermodynamics and statistical physics, and it plays a very important role in thermodynamics and statistical physics. In different situations, the concept, physical significance and applications of chemical potential will be different. In this paper, the concept of chemical potential was introduced, and then the physical significance of chemical potential was elaborated in the macroscopic and microcosmic angles. Next, the applications of the chemical potential in different situations was introduced, the physical significance of chemical potential could be understood with depth, thereby the role of the chemical potential in thermodynamics and statistical physics was highlighted.
Key Words: Chemical Potential; Thermodynamics; Statistical Physics
目 录
摘要 1
引言 1
1.化学势概念的引入 2
2.化学势的宏观含义 2
2.1单元系中的化学势 2
2.2多元系中的化学势 2
3.化学势在热力学中的应用 3
3.1理想气体中的化学势 3
3.2平衡相变中化学势的应用 4
3.3Clapeyron Equation的导出，源于化学势及其变化 4
4.统计物理学中化学势的微观含义 5
4.1用统计方法计算理想气体的化学势 5
4.2化学势在玻色—爱因斯坦凝聚现象中的应用 6
4.3化学势在费米电子气体中的应用 7
5.结束语 9
参考文献 10
致谢 12,3850
化学势在热力学与统计物理学中的地位
引言
化学势最初是由吉布斯和路易斯引入的[1]，在热力学与统计物理学中化学势符号用 表示，它在热力学与统计物理学中是一个很重要的物理量，贯穿于热力学与统计物理学两个部分，然而在热力学和统计物理两个部分中化学势的物理含义并不一致，使得学生学习存在一定的难度。此外， 还表示别的很多物理量，这更增加了学生学习的难度。因此为了使学生对化学势的物理含义更容易理解，在这里有必要对化学势在热力学与统计物理中的概念和应用进行一个初步的、综合性的探讨。本文通过宏观和微观两种不同角度阐述其物理含义，使我们对化学势的物理含义有深入的理解，从而突出化学势在热力学与统计物理学中的重要性。
1. 化学势概念的引入
在一个系统中，增加电荷需要克服系统的电势做功，压缩一个系统的体积，需要克服压强来做功。相应的，在一个系统中增加粒子同样需要做功，因为一个系统的存在需要平衡，增加粒子之后，系统若要保持平衡，不可能只认为是把粒子放入系统中那么简单，其实增加的粒子需要克服其他粒子阻止其加入进来所产生的阻力。化学势 的大小就反映了系统反抗粒子数增加的阻力的大小。此外，每种“势”都支配着与自己相关的能量和物质的迁移，如同电荷的迁移方向是由电势决定的，水的流动方向由重力势决定，系统两相平衡未满足时，物质间的迁移方向就取决于其化学势的大小[2]。
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