理想粒子系统偏离平衡态对宏观物理量的影响研究

由于涨落等因素的存在,处于统计平衡态的理想粒子系统,既可能处于热力学平衡态,也可能偏离热力学平衡态.微观态数目不同的宏观态对宏观物理量的贡献也不同.对系统不同分布的热力学概率进行研究,发现系统轻度偏离平衡态对宏观物理量的影响完全可以忽略,给出系统轻度偏离平衡态概率分布与平衡态概率分布的关系.     

电热效应机理分析

分析了电热产生的机理,认为,绝缘体材料中的电热是由于外电场作用使价电子能态升高,改变了构成材料的价电子空间位置,使得晶格势场分布发生了变化,价电子系统处于高能状态.价电子系统由高能状态向低能状态转变的过程,对应于导体由热学非平衡态向平衡态——热学最可几状态转变,此时以热的形式放出多余能量,即表现为电热.导体载流时,载流子在作宏观定向运动,当其靠近原子实时,由于在晶格势场中的能态降低,故以热的形式放出多余能量,这就是通常所说的电流热效应.其实,电热与载流子宏观定向运动无关,例如,处于超导载流态的超导体内,虽然有载流子的宏观定向运动,但没有电热产生.电热产生是与价电子能态变化紧密相关的.     

近独立粒子系统计理论的另一种统一形式

本文从最大信息熵原理出发,导出了对处于平衡态的近独立粒子系普遍适用的单粒子态的分布几率,并用以计算系统的热力学量,从而给出了另一种形式的统一理论。     

广义熵

在经典热力学中,系统的熵仅在平衡态时定义了.为了计算不可逆过程中系统的熵的变化,往往用一适当的可逆过程去替代原来的不可逆过程,这只有当系统的初态和末态都是平衡态时才是可行的.至于一个处于非平衡态的系统,它既具有一定的能量,则必然也有一个态函数 S,可作为平衡态的熵的推广,本文所讨论的广义熵就是这样一个     

道耳顿分压定律在重力场中的统计证明

在热力学中,理想混合气体所组成的宏观热力学系统遵从道耳顿分压定律;若混合气体不是理想气体,由于气体分子要受到重力场作用,当热力学系统达到平衡态时,分子数密度并不均匀,宏观热力学系统不是严格遵从道耳顿分压定律的.如果把整个热力学系统按重力场方向分割成一系列的微观型的热力学系统,这样的微观型系统却是遵从道耳顿分压定律的.运用气体分子动理论和玻耳兹曼速度分布律,对重力场中的微观型热力学系统所遵从的道耳顿分压定律进行了统计证明.     

以推广的爱因斯坦关系研究非平衡系统的稳定性与涨落

引言目前,开放的非平衡系统的不可逆过程的研究,特别是在远离平衡的非线性区域,受到人们普遍的重视,I.Prigogine 和 P.Glansdorff 将平衡态和线性不可逆过程的热力学理论在局域平衡假设的基础上拓展到远离平衡的区域,导出了远离平衡的定态的稳定性判据,以某个定态作为参考态,把非平衡系统某一状态的熵 S 展开到二级项     

Giles公理热力学理论的推广——开系的公理热力学

本文引入绝对 Helmholtz 函数及广义 Massieu 函数的方法,建立了开系公理热力学的唯一性定理。从而将平衡态公理热力学的经典理论直接推广到不局限于平衡态的开系公理热力学理论。该定理为一个包含热库在内的开系的自然过程中,从系统 A 的任何一个态到达可接近的另一个任意态的过程,提供了必要和充分的条件。当该定理专门用于研究平衡态时,证明其结果就是众所周知的 Helmholtz 函数及 Massieu 函数表述式的 Legendre 部分变换图象。从而证明了平衡态公理热力学的经典理论只不过是本文所推广的开系公理热力学理论的特例而已。     

三种热力学统计分布的统一导出

探讨统计力学的平衡态理论中如何在引入热力学系统的熵概念和基本假设的基础上,简洁、统一地导出3种不同的热力学统计分布和热力学基本关系式．     

元系统热力学及其对铁电和超导等系统的应用

发展了一种元系统的热力学,用微分拓扑的方法,仅从热力学第一定律出发,就证明了元系统的热力学温度函数和熵函数的存在性,导出元系统的热力学基本方程,其结果可推广到平衡态和非平衡态的宏观系统。文中也讨论了元系统热力学应用于铁电、超导等系统的热力学的可能性。     

理想气体绝热过程讨论

绝热过程是重要的热力学过程.文章讨论了一定量的理想气体从同一始态出发,经过绝热可逆过程和绝热不可逆过程分别到达相同末态体积、相同末态压强和相同末态温度条件下体系热力学能的变化.通过计算说明了从同一始态出发经历绝热可逆过程和绝热不可逆过程不能到达相同的末态,因此状态函数的变化可能相同也可能不同.     

马尔可夫链大偏差Ⅰ函数的下界和Annealing算法的收敛性

本文利用大偏差理论研究了Annealing算法的依概率收敛速度.首先得出马尔可夫链大偏差Ⅰ函数的下界,并利用它得出Annealing算法依概率收敛速度具有状态总数的分数幂阶.     

化学反应交联的随机热力学效应

根据受噪声作用的有限化学反应系统的随机热力学理论，以存在膜平衡交联的简单反应模型为例，建立了交联体系的有效主方程及有效随机熵平衡方程。进而阐了这类体系中有效熵产生的统计内涵，初步揭示出内涨落和来自化学反应交联的外噪声的随机热化学效应。     

平衡态电弧等离子体统计热力学属性的计算

以热力学平衡和化学平衡假设为前提,在求解电弧等离子体统计热力学参数的基本原理的基础上,考虑了粒子激发态的影响,得到精确的粒子配分函数,进而运用德拜模型将等离子体粒子相作用的影响包含在内,从化学平衡方程得到氮气和氩气平衡态电弧等离子体内部粒子成分与温度、气压的函数,并以此计算获得相应的统计热力学参数.利用此方法计算出了不同气压条件下(0.01、0.10、0.30、0.50、1.00MPa)、不同温度范围内(300～40 000K)氮气和氩气电弧等离子体热力学参数,并与以往文献中的部分结果进行了对比与分析.结果表明,在15 000K以内统计热力学参数的计算结果良好,随着温度的继续升高,计算结果产生了误差,误差主要来源于配分函数计算方法和德拜修正带来的计算精度的差异.     

Interdependence of behavioural variability and response to small stimuli in bacteria

The chemotaxis signalling network in Escherichia coli that controls the locomotion of bacteria is a classic model system for signal transduction. This pathway modulates the behaviour of flagellar motors to propel bacteria towards sources of chemical attractants. Although this system relaxes to a steady state in response to environmental changes, the signalling events within the chemotaxis network are noisy and cause large temporal variations of the motor behaviour even in the absence of stimulus. That the same signalling network governs both behavioural variability and cellular response raises the question of whether these two traits are independent. Here, we experimentally establish a fluctuation-response relationship in the chemotaxis system of living bacteria. Using this relationship, we demonstrate the possibility of inferring the cellular response from the behavioural variability measured before stimulus. In monitoring the pre- and post-stimulus switching behaviour of individual bacterial motors, we found that variability scales linearly with the response time for different functioning states of the cell. This study highlights that the fundamental relationship between fluctuation and response is not constrained to physical systems at thermodynamic equilibrium but is extensible to living cells. Such a relationship not only implies that behavioural variability and cellular response can be coupled traits, but it also provides a general framework within which we can examine how the selection of a network design shapes this interdependence.     

汽－液相变中成核的热力学理论

对现有汽－液相变过程有关文献中关于汽泡形成过程的分析提出了不同看法，并利用热力学理论从亚稳平衡态的特性出发对汽泡形成的热力学机制作出了分析，对系统从液态转变到汽－液共存状态的各阶段作出了说明。     

涨落在理想气体系统中的应用

理想气体系统是热力学研究的一种典型模型,通过研究理想气体系统,可以得到真实气体的一些主要性质.用统计物理学观点和热力学基本关系式,研究理想气体系统中宏观物理量的涨落及涨落关联函数,进而说明热力学系统宏观量的涨落与热力学系统的状态方程有关.     

物理化学中“统计热力学”的教学探讨

从教学研究角度出发，以最可几分布和平衡分布，总微观状态数和最大微观状态数，热力学函数和分子配分函数三组概念为主线，推导出热力学宏观性质与系统微观性质的函数关系．     

Simulation of mesoscale interfacial properties using the lattice Boltzmann method

We derive the mesoscopic interparticle potentials from macroscopic thermodynamics for van der Waals, Redlich-Kwong, and Redlich-Kwong-Soave equations of state and find that all these potentials are very similar to the Lennard-Jones potential. To in-vestigate the interfacial property at the mesoscale level, we incorporate free energy functions into the single-component multiphase lattice Boltzmann model and obtain the saturated density coexistence curves and interface mass density profiles across the interface using this method with different equations of state. The simulation results accurately reproduce the properties of equilibrium thermodynamics. Numerical results for single-component phase transitions indicate that a bubble-growth process is obtained and the equilibrium phase diagram is achieved at a given temperature. Bulk free energy, the interfacial energy coefficient, and other properties of nonequilibrium thermodynamic parameters, which are used to examine interfacial properties, are obtained in these simulations, and all these parameters are found to obey irreversible thermodynamics.     

H2O2分解反应的不可逆过程热力学

扩展现行的线性不可逆过程热力学理论到远离平衡又没有产生耗散结构的体系,建立非均相体系只存在一个化学反应的反应速率通用方程,并将此反应速率方程应用于H2O2催化分解反应这个经典的动力学问题,分别得到了298K及308K条件下和实测数据吻合的四次关系式·结果表明考虑了高次项后,不可逆过程热力学可以用于远离平衡体系的化学反应·高次近似时,取多少次方对不同的化学反应条件是不同的,这决定于其远离平衡的程度,并且通过对线性不可逆过程热力学扩展的应用为远离平衡的化学反应的研究提供了一种新的方法·