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編輯推薦

　　熱物理學是研究熱運動的規律及其對物質宏觀性質的影響、以及熱運動與其它各種運動形式之間相互轉化的規律的物理學分支。
　　熱物理學學科建立過程中的重大事件不乏科學技術發展曆史上的裏程碑，例如：能量守恒定律、熵增加原理是基本的物理學原理，蒸汽機是第一次工業革命的標誌，內燃機是多數運輸工具的動力源泉，製冷設備是目前科研、生産、生活的必需品，相、相變及相應的研究方法是目前錶徵和揭示物質起源和結構的基本方法等等。
　　本書是為大學物理係熱學課程編寫的的教材，係統簡明地介紹熱運動的基本性質、規律以及熱物理學研究的基本方法及其應用，其內容分七章：第一章介紹熱力學係統及平衡態的基本概念和狀態方程，第二章介紹熱平衡係統中微觀粒子按微觀運動狀態的統計分布，第三章介紹偏離平衡態不太的係統中的輸運現象及其本質，第四章和第五章介紹熱力學過程的動力學規律，第六章介紹液體的基本性質，第七章介紹相和相變的基本概念以及單元係中常見相變的現象、性質、規律及其唯象理論描述方法。並配置230多道習題，其中相當一部分具有研究層麵的意味，由之可以加強訓練、提高能力。
　　本書對材料內容的選取，力求係統全麵，著重理論與應用的有機結閤；對論述分析力求循序漸進、準確嚴謹，著重物理圖像和知識體係的建立，並適時聯係前沿研究現狀。整體以求窺得物理學"見物講理、依理造物"的學科真諦，相信讀者自容易領略其中彆樣之處。

內容簡介

　　全書共分7章，各章內容包括：1.熱力學係統的平衡態及狀態方程；2.熱平衡態下微觀狀態的統計分布；3.近平衡態中的輸運程過程；4.熱力學苐一定律；5.熱力學第二定律和第三定律；6.液體的性質；7.單元係的相變與復相平衡。
　　　 本書附有習題和部分參考答案。
　　　 本書可作為高等學校物理類各專業'熱學'的教材或教學參考書
　　。

作者簡介

劉玉鑫，博士，北京大學物理係教授，國傢傑齣青年基金獲得者；現任北京大學物理學院副院長、教育部全國高等學校物理類專業教學指導委員會秘書長，中國物理學會物理教學委員會秘書長；長期從事原子核奇異運動形態及不同模式形態間的相變、QCD相變及早期宇宙強相互作用物質的演化、緻密核天體的結構與性質、少體及多體係統的代數研究方法等方麵的研究工作，並取得一係列原創性成果；長期從事熱學、原子物理學、李群與李代數、原子核理論、平衡態統計物理、量子力學等核心課程的建設和講授工作。曾獲國傢自然科學奬三等奬（1997年）、全國高校青年教師奬（2002年）、北京市教學名師奬（2007年）、北京市優秀教師稱號（2013年）等；負責組織實施的北京大學物理學院教學改革工作，獲國傢教學成果奬二等奬（2005年）。

目錄

目錄
第一章熱力學係統的平衡態及狀態方程 1
1.1
物質結構的基本圖像 1
1.1.1
物質結構的原子分子學說 1


1.1.2
物質分子處於不停頓的無規則運動狀態 2
1.1.3
分子之間存在相互作用 3
1.2
熱力學係統及其狀態參量 5
1.2.1
熱力學係統及其分類 5
1.2.2
熱力學係統的狀態參量 6
1.3
平衡態的概念 7
1.4
溫度與溫標 9
1.4.1
溫度的概念 9


1.4.2
溫度相同的判定原則—— 熱力學第零定律 9
1.4.3
溫度高低的數值標定—— 溫標 10
1.5
狀態方程及一些係統的狀態方程的唯象確定 14
1.5.1
狀態方程的基本概念 14
1.5.2
理想氣體的狀態方程 17
1.5.3
實際氣體狀態方程簡介 23
1.5.4
確定狀態方程的唯象方法的一般討論 26
1.6
理想氣體狀態方程的初級微觀理論 31
1.6.1
理想氣體的微觀模型 31
1.6.2 理想氣體的壓強公式 31
1.6.3
溫度的本質 34

習題 36
第二章熱平衡態下微觀狀態的統計分布律 43
2.1
統計規律與分布函數的概念 43
2.1.1
事件及其概率 43
2.1.2
統計規律及其伽爾頓闆實驗演示 44
2.1.3
隨機變量與分布函數 45
2.1.4
一些常見的分布律 49
2.2
麥剋斯韋分布律 52
2.2.1
速度空間與速度分布律的概念 52


2.2.2
麥剋斯韋速度分布律和速率分布律 54
2.2.3
麥剋斯韋分布律的實驗檢驗 57
2.2.4
麥剋斯韋分布律的一些應用舉例 61
2.3
麥剋斯韋– 玻爾茲曼分布律 68
2.3.1
重力場中微粒密度隨高度的等溫分布 68


2.3.2
玻爾茲曼密度分布律及麥剋斯韋– 玻爾茲曼分布律 69
2.4
能量均分定理與熱容量 72
2.4.1
分子的自由度 72
2.4.2
能量均分定理 72
2.4.3
理想氣體的內能及熱容量 75
2.4.4
固體的內能及熱容量 81
2.5
粒子按微觀運動狀態的分布規律 82


2.5.1
微觀粒子運動狀態的描述及微觀粒子係統的分類 82
2.5.2
三類係統的微觀態數目 85
2.5.3
近獨立粒子係統的粒子按能量的最概然分布 88
2.6
氣體分子的碰撞及其概率分布 101
2.6.1
氣體分子的平均自由程與平均碰撞頻率 101
2.6.2
氣體分子碰撞的概率分布 105

習題 108
第三章近平衡態中的輸運過程 114

3.1
近平衡態中的輸運過程及其宏觀規律 114
3.1.1
黏滯現象及其宏觀規律 114
3.1.2
熱傳導現象及其宏觀規律 116
3.1.3
擴散現象及其宏觀規律 117
3.2
氣體中輸運現象的微觀解釋 120
3.2.1
輸運過程中的流 120
3.2.2
黏滯、熱傳導及擴散現象的微觀解釋及相應係數的確定 121
3.3
稀薄氣體中的輸運現象 126
3.4
布朗運動及其引起的擴散 127
3.4.1
布朗運動的理論描述 127
3.4.2
布朗粒子的擴散舉例 129
3.5
非平衡過程中的一些常見現象簡介 131
3.5.1 分岔、分形與自相似結構 131
3.5.2
耗散結構與自組織現象 133

習題 136
第四章熱力學第一定律 139

4.1 熱力學過程和準靜態過程 139

4.1.1
熱力學過程及準靜態過程的概念 139
4.1.2
實現準靜態過程的可能性及條件 140
4.2
熱力學第一定律 141


4.2.1 能量守恒定律 141

4.2.2 功—— 力學作用下轉移的能量 142

4.2.3
熱量—— 熱學相互作用下轉移的能量 144
4.2.4 內能—— 熱力學係統的內部能量 145
4.2.5
功、熱量及內能間的關係—— 熱力學第一定律 145
4.3
熱力學第一定律在物體性質描述中的簡單應用 147
4.3.1
物體的熱容量 147
4.3.2
物體的內能和焓 148
4.3.3
焦耳定律及其實驗檢驗 150


4.4
熱力學第一定律對理想氣體的應用 159
4.4.1
理想氣體的等體過程 159
4.4.2
理想氣體的等壓過程 161
4.4.3
理想氣體的等溫過程 162
4.4.4
理想氣體的絕熱過程 163
4.4.5
理想氣體的多方過程 170
4.5 循環過程和卡諾循環 176
4.5.1
循環過程的概念、性質和效率 176
4.5.2
理想氣體的卡諾循環及其效率 181
4.5.3
內燃機的理想循環 183
4.5.4
製冷設備與製熱設備 185

習題 187
第五章熱力學第二定律和第三定律 194
5.1
可逆過程與不可逆過程 194
5.1.1
可逆過程與不可逆過程的概念 194


5.1.2
可逆過程與不可逆過程舉例及區分 195
5.2
熱力學第二定律的兩種語言錶述 196
5.2.1
熱力學第二定律的剋勞修斯錶述 196
5.2.2
熱力學第二定律的開爾文錶述 197
5.2.3
剋勞修斯錶述與開爾文錶述的等價性 197
5.3
熱力學第二定律的數學錶述 199
5.3.1 卡諾定理 199
5.3.2
熱力學第二定律的數學錶述 201
5.3.3
卡諾定理應用舉例 203
5.4
熵與熵增加原理 205
5.4.1
熵的概念 205
5.4.2
熵變的計算 207
5.4.3
熵增加原理 215
5.5
熵及熱力學第二定律的統計意義 217
5.5.1
微觀熵—— 玻爾茲曼熵 217
5.5.2
微觀熵與宏觀熵的關係 218
5.5.3
熵及熱力學第二定律的統計意義 221
5.5.4
熵與信息 225
5.6
熱力學第二定律的應用舉例 226
5.6.1
卡諾定理的另一種證明 226
5.6.2
熱力學溫標的建立 228
5.7
自由能、自由焓、化學勢及熱力學方程 232
5.7.1
自由能 232
5.7.2
自由焓 234
5.7.3
熱力學係統的態函數及其間的一些關係 236
5.7.4
化學勢 243
5.8
熱力學第三定律 246
5.8.1
規定熵的標準參考點的必要性 246
5.8.2
選取熵的標準參考點的可能性 246
5.8.3
標準參考點的選取及普朗剋絕對熵 247
5.8.4
熱力學第三定律 247

習題 248
第六章液體的性質 253
6.1
液體的徹體性質 253
6.1.1
液體及其分類 253


6.1.2
液體的微觀結構及關於液體的研究方法 254
6.1.3
液體的熱容量 258
6.1.4
液體的可壓縮性和熱膨脹 260
6.1.5
液體的輸運性質 262
6.2
液體錶麵的性質 264
6.2.1
錶麵與錶麵張力 264
6.2.2
錶麵張力係數 267
6.2.3
錶麵能與錶麵內能 270


6.2.4
彎麯液麵內外的壓強差 274
6.3
潤濕現象與毛細現象 280
6.3.1
潤濕、不潤濕及接觸角 280
6.3.2
毛細現象 287

習題 292
第七章單元係的相變與復相平衡 298
7.1
相、相變及相平衡的概念 298
7.1.1
相的概念與相穩定條件 298
7.1.2
相變及其分類 303
7.1.3
相平衡及相圖 306
7.2
單元係的復相平衡 307
7.2.1
單元係復相平衡的條件 307
7.2.2
單元係復相平衡的性質 309
7.3
一級相變及其基本特徵 314
7.3.1
常見一級相變概述 314
7.3.2
飽和蒸氣壓與飽和蒸氣壓方程 317
7.3.3
相平衡麯綫 319
7.3.4
相平衡時兩相的物質的量之間的關係 322
7.3.5
熱力學函數的特徵 323
7.3.6
相變方式 325
7.4
連續相變的基本特徵及熱力學描述 332
7.4.1
有序-無序相變概述 332
7.4.2
超導相變及其熱力學描述 333
7.4.3 超流相變的基本特徵 339
7.5 相變的唯象理論描述 341
7.5.1
熱力學勢的特點與描述方案概述 342
7.5.2
二級相變的朗道理論描述 343
7.5.3
二級和一級相變的朗道理論統一描述 347

習題 351
附錄A 常見高斯積分錶 355

附錄B 二級和一級相變的朗道理論統一描述的一個實例簡介 356

主要參考書目 360

部分習題參考答案 362

前言/序言

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