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热力学是一种唯象的理论。深入研究热现象的本质,就产生了统计力学。统计力学根据物质的微观组成和相互作用,研究由大量粒子组成的宏观物体的性质和行为的统计规律,是理论物理的一个重要分支。热学研究热的产生和传导,研究物质处于热状态下的性质和这些性质如何随着热状态的变化而变化。人们很早就有冷热的概念。利用火是人类文明发展史中的一个重要的里程碑。对于热现象的研究逐步澄清了关于热的模糊概念(例如:区分了温度和热量,发现它们是密切联系而又有区别的两个概念)。
宏观物体内部包含着大量的粒子。要研究其中每一个分子在每一时刻的状态实际上办不到。为了认识热现象的规律,也无需那么详细的知识。统计力学应用统计系综的方法,研究大量粒子的平均行为。20世纪初,J.W.吉布斯奠定了平衡态的统计力学的基础。它的关于统计分布的基本假设是:对于一个具有给定能量的给定物理系统,各种可能的状态出现的几率是等同的。热力学中的各种物理量以及它们之间的关系都可以用这种统计分布的平均值表达。温度一方面同物体内部各分子无序运动的那部分能量有关,另一方面也决定了这种内部能量在物体内部运动状态之间的分布。
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