第4章统计热力学初步
§41引言
1统计热力学的研究对象和方法
热力学是以大量分子的集合体作为研究对象，以由大量实验为依据归纳出的热力学三定律为基础，利用热力学数据，通过严密的逻辑推理，进而讨论平衡系统的各宏观性质之间的相互关系及其变化规律，揭示变化过程的方向和限度。从热力学所得到的结论对宏观平衡系统具有高度的普适性和可靠性，这已被大量的实践经验所证明。由于热力学处理问题时不考虑物质的微观结构，它的正确性不受人们对物质微观结构的认识知识所影响，这就给人们处理宏观平衡系统带来很大的便利，这是它的优点，但同时也是它的缺点所在。任何物质的各种宏观性质都是微观粒子运动的客观反映，人们不会满足于热力学对平衡系统各种宏观性质的经验性描述，而是希望从物质的微观结构出发来了解其各种宏观性质。这是热力学所不能解决的，而统计热力学在这点弥补了热力学的不足。
统计力学是统计物理学的一个分支，发展于19世纪中期，计算机科学的发展极大地促进了统计力学的发展。统计力学的研究对象是大量分子的集合体，其目标是从微观粒子所遵循的量子规律出发，用统计平均的方法推断出宏观物质的各种性质之间的联系。统计力学现在已发展成为一门独立的学科，它是沟通宏观学科和微观学科的桥梁。在物理化学中，应用统计力学方法研究平衡系统的热力学性质，就形成统计热力学。与热力学一样，其研究对象也是大量分子的集合体，但它们研究方法不同，统计热力学是微观理论，而热力学是宏观理论
统计力学的研究方法是微观的方法，它是根据统计单元的力学性质（例如速率、动量、位置、振动、转动等），用统计的方法来推求系统的热力学性质（例如压力、热容、熵等热力学函数）。19世纪末期，玻尔兹曼（Boltzma
）运用经典力学处理微观粒子的运动，创立了经典统计热力学；1900年普朗克（Pla
ck）提出量子论，引入能量量子化概念，麦克斯韦（Maxwell）将能量量子化概念引入统计热力学，对经典统计进行某些修正，发展成初期的量子统计麦克斯韦玻尔兹曼统计；1924年以后，诞生了量子力学，统计力学的基础和方法也相应得到发展，又出现了一些新的统计方法，如BoseEi
stei
统计，FermiDirac统计。
f由于这两种统计均可近似为玻尔兹曼（Boltzma
）统计。所以本书只介绍玻尔兹曼（Boltzma
）统计。
本书向读者介绍统计热力学的初步知识，旨在让读者对热力学性质的理解在统计热力学上进一步提高。感兴趣的读者可参阅有关专著。
2统计系统的分r