热学

内容概要

《中国科学技术大学交叉学科基础物理教程:热学》作者在中国科学技术大学长期讲授本科生的热学基础课，具有丰富的教学经验。在参阅多部国内外优秀教材和多年教学积累的基础上，作者试图编写一本适应交叉学科人才培养的需求、具有时代气息的热学教材。内容以温度为主线，热与温度相呼应、微观和宏观相配合，力图给读者以清晰完整的物理图像。书中重视热学理论与实践的联系，重视学科的新发展和新成就。书后亦附有大量的习题，供读者有针对性地选择练习，以加深对课程内容的理解，培养利用所学理论、知识解决实际问题的能力。

书籍目录

序

前言

绪论

0.1热运动

0.2热学的发展

0.3热学的研究对象与方法

0.4热学的理论体系与思想

第1章温度

1.1热力学系统的描述

1.1.1热力学系统

1.1.2热力学系统性质

1.1.3热力学系统的状态

1.2热力学第零定律

1.2.1 热平衡和热力学第零定律

1.2.2温度

*1.2.3温度世界

1.3温标及温度测量

1.3.1 经验温标

*1.3.2几种常用的温度计

1.3.3理想气体温标

1.3.4热力学温标及其他温标

1.4不同温度下物质的聚集状态

1.4.1 固态

1.4.2液态与气态

1.5物态方程

1.5.1 一般情形

1.5.2各向同性的固体与液体的状态方程

1.5.3气体状态方程

第2章热运动统计规律

2.1物质的微观模型

2.1.1原子分子论

2.1.2 固体的微观特征

2.1.3液体的微观特征

2.1.4气体的微观特征

2.2描述大数粒子的统计方法

第三章近平衡态中的输运过程114

3.1近平衡态中的输运过程及其宏观规律114

3.1.1黏滞现象及其宏观规律114

3.1.2热传导现象及其宏观规律116

3.1.3扩散现象及其宏观规律117

3.2气体中输运现象的微观解释120

3.2.1输运过程中的流120

3.2.2黏滞、热传导及扩散现象的微观解释及相应系数的确定121

3.3稀薄气体中的输运现象126

3.4布朗运动及其引起的扩散127

3.4.1布朗运动的理论描述127

3.4.2布朗粒子的扩散举例129

3.5非平衡过程中的一些常见现象简介131

3.5.1分岔、分形与自相似结构131

3.5.2耗散结构与自组织现象133

习题136

第四章热力学第一定律139

4.1热力学过程和准静态过程139

4.1.1热力学过程及准静态过程的概念139

4.1.2实现准静态过程的可能性及条件140

4.2热力学第一定律141

4.2.1能量守恒定律141

4.2.2功——力学作用下转移的能量142

4.2.3热量——热学相互作用下转移的能量144

4.2.4内能——热力学系统的内部能量145

4.2.5功、热量及内能间的关系——热力学第一定律145

4.3热力学第一定律在物体性质描述中的简单应用147

4.3.1物体的热容量147

4.3.2物体的内能和焓148

4.3.3焦耳定律及其实验检验150

4.4热力学第一定律对理想气体的应用159

4.4.1理想气体的等体过程159

4.4.2理想气体的等压过程161

4.4.3理想气体的等温过程162

4.4.4理想气体的绝热过程163

4.4.5理想气体的多方过程170

4.5循环过程和卡诺循环176

4.5.1循环过程的概念、性质和效率176

4.5.2理想气体的卡诺循环及其效率181

4.5.3内燃机的理想循环183

4.5.4制冷设备与制热设备185

习题187

第五章热力学第二定律和第三定律194

5.1可逆过程与不可逆过程194

5.1.1可逆过程与不可逆过程的概念194

5.1.2可逆过程与不可逆过程举例及区分195

5.2热力学第二定律的两种语言表述196

5.2.1热力学第二定律的克劳修斯表述196

5.2.2热力学第二定律的开尔文表述197

5.2.3克劳修斯表述与开尔文表述的等价性197

5.3热力学第二定律的数学表述199

5.3.1卡诺定理199

5.3.2热力学第二定律的数学表述201

5.3.3卡诺定理应用举例203

5.4熵与熵增加原理205

5.4.1熵的概念205

5.4.2熵变的计算207

5.4.3熵增加原理215

5.5熵及热力学第二定律的统计意义217

5.5.1微观熵——玻尔兹曼熵217

5.5.2微观熵与宏观熵的关系218

5.5.3熵及热力学第二定律的统计意义221

5.5.4熵与信息225

5.6热力学第二定律的应用举例226

5.6.1卡诺定理的另一种证明226

5.6.2热力学温标的建立228

5.7自由能、自由焓、化学势及热力学方程232

5.7.1自由能232

5.7.2自由焓234

5.7.3热力学系统的态函数及其间的一些关系236

5.7.4化学势243

5.8热力学第三定律246

5.8.1规定熵的标准参考点的必要性246

5.8.2选取熵的标准参考点的可能性246

5.8.3标准参考点的选取及普朗克绝对熵247

5.8.4热力学第三定律247

习题248

第六章液体的性质253

6.1液体的彻体性质253

6.1.1液体及其分类253

6.1.2液体的微观结构及关于液体的研究方法254

6.1.3液体的热容量258

6.1.4液体的可压缩性和热膨胀260

6.1.5液体的输运性质262

6.2液体表面的性质264

6.2.1表面与表面张力264

6.2.2表面张力系数267

6.2.3表面能与表面内能270

6.2.4弯曲液面内外的压强差274

6.3润湿现象与毛细现象280

6.3.1润湿、不润湿及接触角280

6.3.2毛细现象287

习题292

第七章单元系的相变与复相平衡298

7.1相、相变及相平衡的概念298

7.1.1相的概念与相稳定条件298

7.1.2相变及其分类303

7.1.3相平衡及相图306

7.2单元系的复相平衡307

7.2.1单元系复相平衡的条件307

7.2.2单元系复相平衡的性质309

7.3一级相变及其基本特征314

7.3.1常见一级相变概述314

7.3.2饱和蒸气压与饱和蒸气压方程317

7.3.3相平衡曲线319

7.3.4相平衡时两相的物质的量之间的关系322

7.3.5热力学函数的特征323

7.3.6相变方式325

7.4连续相变的基本特征及热力学描述332

7.4.1有序—无序相变概述332

7.4.2超导相变及其热力学描述333

7.4.3超流相变的基本特征339

7.5相变的唯象理论描述341

7.5.1热力学势的特点与描述方案概述342

7.5.2二级相变的朗道理论描述343

7.5.3二级和一级相变的朗道理论统一描述347

习题351

附录A常见高斯积分表355

附录B二级和一级相变的朗道理论统一描述的一个实例简介356

主要参考书目360

附录热学中常用的物理常量

常用概念中英文索引

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