牛頓力學是如何過渡到熱力學的?

時間 2021-05-06 01:57:05

1樓:「已登出」

牛頓力學並不能過渡到熱力學,但是在一定時間和空間尺度下的某些微觀和巨集觀的物理性質間可以通過統計力學理論和熱力學來建立聯絡,最成功的例子包括晶格動力學、分子動力學等。

晶格動力學假定晶格中每個原子的振動都可以以簡諧振動來描述,由此可以得到晶體中的振動頻率和波矢之間的關係,然後由德拜模型或愛因斯坦關係可以將這種振動和自由能、比熱、彈性常數等巨集觀物理量建立起來聯絡,現在進一步的發展中考慮了非諧作用,並引入了比德拜和愛因斯坦關係更準確的模型,已經可以解決熱膨脹問題。

分子動力學是以幾個假設作為基礎的:(1)玻恩-奧本海默近似。該近似確保了在描述體系結合特性的時侯只考慮電子分布而不考慮離子實的合理性,。

(2)影響物質巨集觀結構和性質變化的原子微觀運動主要能由牛頓力學描述,而不必考慮相對論效應,涉及的量子效應用簡單的勢函式即可統攝,這一點不只是使得運動的描述得到簡化,而且使得壓力、應力、應變等巨集觀力學概念能夠引入,也保證了物態方程概念可以被引入。(3)能均分定理在原子級模擬中仍然成立,這一點保證了溫度的引入。(4)當熱浴和壓浴演算法產生的系統數量趨於無窮大時,其性質分布和真實世界相同系綜裡的系統表現一樣。

(5)對於乙個平衡體系,時間平均等效於系綜平均。通過這個方法,理論上說可以計算化學反應、相變、非晶、擴散、熱傳導、彈性、斷裂、衝擊、疲勞......幾乎所有巨集觀物理問題,但是這其中的假設條件實在是太強了,特別是勢函式,承載了大家太多的期望,實際上能解決的問題也還是比較有限的,但是它確實是用統計理論溝通了微觀和巨集觀,也確實說明了通過經典統計力學可以從很多個體單獨的力學行為獲取巨集觀的物理性質。

除此之外,以前還聽人說過,彈性力學當中有些處理和統計力學的配分函式的做法也差不多,甚至人工智慧的某些演算法也是類似的,不過個人感覺這可能就應該算是統計學的內容,而不是統計力學了。

2樓:王剛

熱力學研究巨集觀的大量粒子組成的系統。從牛頓力學過渡到熱力學可以先引入分布函式,由描述每個粒子的運動轉為描述分布函式的運動方程,然後寫出BBGKY方程鏈,然後做截斷得出Boltzmann方程,描述單個粒子分布函式,然後得出H定理。這個過程要做時間,空間的粗粒化近似,而且H定理並不是熱力學第二定律。

但從中可以體會到如何從微觀過渡到巨集觀的過程。

3樓:

我就想問一下其他的回答問題的人,你們聽說過時間平均等價於系綜平均嗎。

有些人說時間平均在一定條件下不等於系綜平均,還有牛頓力學無法精確描述分子間運動的,這個對,但問題是熱力學的定義是什麼?到底考慮到什麼體系?是否考慮量子效應?

如果分子間作用勢僅考慮硬球勢或者lj勢,我不認為分子動力學不能描述。其實這個問題有個定義不清的地方,就是什麼叫做過渡?我從牛頓力學可以匯出分子動力學方法,然後進而近似的得到配分函式,這算得到熱力學嗎?

4樓:KL9009

1,傳統熱力學是一門經驗力學/學科,很多假設是非常「想當然」的,比牛頓力學還「想當然」;

2,牛頓力學假設了三大定律,進而推導出了動量定理等等,這簡直就是物理學的123,自然它就成了大多數假設的父親;

3,熱力學假設神馬微粒,神馬微團,神馬球形分子,都被人的想象力所限制,慣性的就套用了牛頓力學;

4,具體的的假設隨便找本《熱力學》《工程熱力學》比在知乎提問靠譜的多。

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