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绪言 1

0.1 热学研究的对象 1

0.2 热学研究的方法 1

0.2.1 宏观方法 2

0.2.2 微观方法 2

0.2.3 近独立子系微观运动状态的子相宇几何表示法 2

0.3 热学研究的特点 4

第一章 平衡态和状态方程 6

1.1 平衡态 状态参量 6

1.2 温度和温标 9

1.2.1 温度 9

1.2.2 热力学第零定律和温标 9

1.2.3 国际实用温标(IPTS)和1990国际温标 15

1.3 状态方程 17

1.3.1 单元均匀系的状态方程 17

1.3.2 纯物质的 p-V 图 17

1.3.3 纯物质的 p-V-T 图 20

1.3.4 理想气体状态方程 22

1.3.5 摩尔气体常数 R 25

1.3.6 状态方程的普遍形式 27

1.4 膨胀系数和压缩系数 28

思考题 30

习题 31

第二章 气体分子动理论 36

2.1 物质分子动理论的基本图象 36

2.1.1 物质结构的分子、原子学说 36

2.1.2 分子处于不停顿的无规则的热运动之中 40

2.1.3 分子间存在着相互作用力——分子力 44

2.1.4 讨论 46

2.2 理想气体的压强公式 48

2.2.1 理想气体的微观模型 48

2.2.2 平衡态和细致平衡原理 49

2.2.3 理想气体的压强公式 50

2.2.4 道尔顿分压定律和混合气体的状态方程 52

2.3 温度的统计解释 53

2.3.1 理想气体微观模型中温度的概念 53

2.3.2 理想气体的温度公式 54

2.4 范德瓦耳斯方程 57

思考题 62

习题 63

3.1.1 概率和统计规律性 66

第三章 气体分子热运动速度的统计分布律 66

3.1 概率分布和概率分布函数 66

3.1.2 概率分布和色散 68

3.1.3 连续的随机变量和分布函数 69

3.2 三种常用的分布 71

3.2.1 高斯分布 71

3.2.2 二项分布 73

3.2.3 近独立子系的最概然分布——麦克斯韦-玻耳兹曼分布 78

3.3 系统的无序度和态函数熵 81

3.4 麦克斯韦速度分布律和速率分布律 83

3.4.1 速度空间和麦克斯韦速度分布律 83

3.4.2 麦克斯韦速率分布函数及其基本性质 86

3.4.3 实验测定麦克斯韦速率分布函数 87

3.4.4 统计规律性和涨落 89

3.5 麦克斯韦速率分布律和速度分布律应用举例 91

3.5.1 麦克斯韦速率分布律的应用举例 91

3.5.2 麦克斯韦速度分布律的应用举例 94

3.6 重力场中微粒按高度的分布和玻耳兹曼分布律 100

3.6.1 重力场中微粒按高度的分布 100

3.6.2 玻耳兹曼分布律 102

3.6.3 玻耳兹曼分布律及其配分函数 104

思考题 105

习题 107

第四章 能量均分定理和理想气体的内能 111

4.1 能量按自由度均分定理 112

4.1.1 自由度的概念 112

4.1.2 能量按自由度均分定理 113

4.2 理想气体的内能和定体热容 114

4.3 能量均分定理的统计解释 116

4.3.1 单原子分子气体能量均分定理的统计解释 117

4.3.2 双原子分子气体能量均分定理的统计解释 118

4.3.3 麦玻分布律和经典的能量均分定理 122

4.4 经典热容理论的缺陷和量子概念的提出 123

4.4.1 杜隆-珀替定律和理想固体模型 123

4.4.2 经典理论的缺陷和量子概念的提出 124

4.4.3 爱因斯坦的固体晶格的热容理论 127

4.5 量子近独立子系的两种统计分布 129

4.5.1 黑体辐射和普朗克的量子论 129

4.5.2 光子气体和玻色-爱因斯坦分布 131

4.5.3 费米子和费米-狄拉克分布 137

4.5.4 费米分布对自由电子气体的应用 138

思考题 145

习题 146

第五章 热力学第一定律 148

5.1 准静态过程及其中所作的功 148

5.1.1 准静态过程 148

5.1.2 准静态过程中所作的功 149

5.2 内能函数和热量 151

5.2.1 内能函数的微观解释 151

5.2.2 内能函数的宏观解释 152

5.2.3 热量 154

5.3 热力学第一定律的表述 155

5.3.1 热力学第一定律的表述 155

5.3.2 功和热量的微观解释 156

5.4.1 态函数焓 157

5.4 态函数焓和定压热容 157

5.4.2 定压热容和比热 158

5.4.3 理想气体的热容公式 161

5.5 热力学第一定律对理想气体的应用 163

5.5.1 等体、等压和等温过程 163

5.5.2 绝热过程 164

5.5.3 多方过程 166

5.6 焦耳-汤姆孙效应 169

5.7 单相均匀系中的态函数熵 172

5.7.1 单相均匀系中定义熵的两种方法 173

5.7.2 温熵图(T-S 图) 174

5.7.3 T-S 图上理想气体的多方过程 175

思考题 177

习题 178

第六章 热力学第二定律 184

6.1 可逆过程和不可逆过程 184

6.2 不可逆过程中所作的体积功 187

6.3 热力学循环及其效率 188

6.4 热力学第二定律的表述 191

6.4.1 热功转换的不可逆性和热力学第二定律的开尔文表述 192

6.4.2 热传递的不可逆性和热力学第二定律的克劳修斯表述 193

6.4.3 开尔文表述和克劳修斯表述的等价性 194

6.5 热力学第二定律的统计解释 195

6.6 绝热不可达原理及其对可逆过程的应用 197

6.6.1 引进态函数熵的两种宏观方法 197

6.6.2 绝热不可达原理的表述 199

6.6.3 绝热不可达原理对可逆过程的应用和态函数σ 199

6.6.4 热力学温度和态函数熵 201

6.6.5 可逆过程中的热力学微分方程 202

6.7 存在熵和热力学温度的证明 205

6.7.1 存在态函数熵的证明 205

6.7.2 存在热力学温度的证明 206

6.8 绝热不可达原理对不可逆过程的应用和熵增加原理 208

6.8.1 熵增加原理 208

6.8.2 克劳修斯不等式 210

6.8.3 热力学第二定律的熵表述 211

6.8.4 自由能和自由焓判据 213

6.9 绝热不可达原理与热力学第二定律 214

6.10 卡诺循环和卡诺定理 216

6.10.1 卡诺循环及其效率 216

6.10.2 卡诺定理和提高热机效率的方向和限度 220

6.11.1 熵与信息 222

6.11 关于热力学第二定律的讨论 222

6.11.2 热力学定律和宇宙论 225

思考题 227

习题 228

第七章 液体 233

7.1 液体的彻体性质 233

7.1.1 相对于气体和固体的液体 233

7.1.2 液体的结构及其径向分布函数 235

7.1.3 液体的状态方程和内能函数 237

7.1.4 液晶 240

7.1.5 液体粘滞性的艾林分子动力论 242

7.2 液体的表面性质 244

7.2.1 液体的表面张力系数 244

7.2.2 存在曲面分界的系统中的力学平衡条件 248

7.2.3 两种介质交界面上的力学平衡条件 249

7.2.4 毛细现象 252

思考题 253

习题 254

第八章 固体 258

8.1 晶体 258

8.1.1 晶体的宏观特征 258

8.1.2 晶体的微观结构 259

8.2 非晶态固体 263

8.3 晶体的结合 265

8.3.1 晶体结合的基本类型 265

8.3.2 固体的结合能 266

8.4.2 晶体的表面能 271

8.4 固体的表面 271

8.4.1 晶体的表面结构 271

8.5 固体的弹性和强度 273

8.5.1 固体材料的弹性 273

8.5.2 固体材料的强度 275

8.5.3 晶体中的缺陷 278

思考题 280

习题 280

第九章 单元系的复相平衡和相变 282

9.1 平衡相变和非平衡相变 282

9.1.1 开放系统的热力学微分方程和化学势 282

9.1.2 相平衡条件 283

9.1.3 平衡的稳定条件 284

9.2.1 相平衡曲线和三相点 286

9.2 单元系的复相平衡和平衡相变 286

9.2.2 克拉珀龙-克劳修斯方程及其应用 287

9.2.3 相变潜热和蒸气压方程 289

9.3 范德瓦耳斯状态方程和气液相变 290

9.3.1 范德瓦耳斯状态方程的等温线 290

9.3.2 液体的蒸发及其微观解释 297

9.4 曲面液体上的饱和蒸气压 298

9.5 液体的沸腾 300

9.6 临界现象和连续相变 301

9.6.1 临界点附近的相变热力学 301

9.6.2 厄仑菲斯特方程 307

9.6.3 临界指数和经典的朗道(Landau)理论 308

9.6.4 普适性和标度律 316

思考题 317

习题 318

第十章 气体内分子的碰撞和输运现象 320

10.1 气体分子的碰撞和平均自由程 320

10.1.1 有效碰撞截面 320

10.1.2 平均自由程和平均碰撞频率 322

10.1.3 有效碰撞截面的概率解释 326

10.1.4 气体分子按自由程的分布 327

10.2 输运过程的宏观规律 329

10.2.1 粘滞(内摩擦)现象 331

10.2.2 热传导现象 333

10.2.3 扩散现象 335

10.2.4 热辐射 337

10.3 气体中输运现象的微观解释 341

10.3.1 热传导现象 342

10.3.2 粘滞现象 344

10.3.3 扩散现象 346

10.3.4 气相化学反应的分子动理论 347

10.4 玻耳兹曼积分微分方程和 H 定理 349

10.4.1 玻耳兹曼积分微分方程 349

10.4.2 H 定理 352

10.4.3 策梅洛(Zermelo)和洛施密特(Loschmidt)的驳难 354

10.4.4 厄仑菲斯特(T.Ehrenfest and P.Ehrenfest)对 H 定理的解释 356

思考题 358

习题 358

索引 362

参考书目 378