普通物理学教程 热学 第2版PDF电子书下载

目录 1

第一章　导论 1

1.1 宏观描述方法与微观描述方法 1

1.1.1　热学的研究对象及其特点 1

1.1.2　宏观描述方法与微观描述方法 1

1.2　热力学系统的平衡态 3

1.2.1 热力学系统 3

1.2.2　平衡态与非平衡态 4

1.2.3　热力学平衡 5

1.2.4　非平衡态的宏观描述 6

1.3　物态方程 6

1.3.1　物态方程 6

1.3.2　体膨胀系数、压缩系数、压强系数热膨胀现象 7

1.3.3　理想气体物态方程 10

1.3.4　混合理想气体物态方程 11

1.4　温度与温度计 12

1.4.1　温度 12

1.4.2　热力学第零定律 12

1.4.3　温标 13

1.4.4　实用温度计简介 18

1.5　物质的微观模型 21

1.5.1　物质由大数分子组成 21

1.5.2　分子热运动的例证——扩散、布朗运动与涨落现象 22

1.5.3　分子间的吸引力与排斥力 26

1.6　理想气体微观描述的初级理论 28

1.6.1　理想气体微观模型 28

1.6.2　单位时间内碰在单位面积器壁上平均分子数Γ≈n？/6 30

1.6.3　理想气体压强公式压强的单位换算 31

1.6.4　温度的微观意义 33

1.7　分子间作用力势能与真实气体状态方程 35

1.7.1　分子间互作用势能曲线 36

1.7.2　分子碰撞有效直径、固体分子热振动、固体热膨胀 37

1.7.3　范德瓦耳斯方程 40

1.7.4　昂内斯方程 43

1.7.5　几种典型的分子作用力势能曲线 44

选读材料1.1 b是分子固有体积的4倍的证明 45

选读材料1.2　摩擦力也来源于分子力 46

思考题 46

习题 48

第二章　分子动理学理论的平衡态理论 52

2.1　分子动理学理论与统计物理学 52

2.2　概率论的基本知识 53

2.2.1　伽尔顿板实验 53

2.2.2　等概率性与概率的基本性质 54

2.2.3　平均值及其运算法则 56

2.2.4　均方偏差 57

2.2.5　概率分布函数 58

2.3　麦克斯韦速率分布 60

2.3.1　分子射线束实验 60

2.3.2　麦克斯韦速率分布 62

2.4　麦克斯韦速度分布 66

2.4.1　速度空间 66

2.4.2　麦克斯韦速度分布 68

2.4.3　相对于vp的（麦克斯韦）速度分量分布与速率分布·误差函数 70

2.4.4　从麦克斯韦速度分布导出速率分布 71

2.4.5 T＝O K时金属中自由电子的速度分布与速率分布（费米球） 72

2.5　气体分子碰壁数及其应用 73

2.5.1 由麦克斯韦速度分布导出气体分子碰壁数及气体压强公式·简并压强 74

2.5.2 泻流及其应用（热分子压差、分子束技术及其速率分布、同位素分离、热电子发射、大气逃逸、行星大气、太阳风） 77

2.6　外力场中自由粒子的分布·玻耳兹曼分布 81

2.6.1　等温大气压强公式·悬浮微粒按高度分布 81

2.6.2　旋转体中粒子径向分布·超速离心技术·台风、飓风、龙卷风 83

2.6.3　玻耳兹曼分布 85

2.7　能量均分定理 86

2.7.1　理想气体热容 86

2.7.2 自由度与自由度数 87

2.7.3　能量均分定理 90

2.7.4　能量按自由度均分的物理原因 92

2.7.5　能量均分定理用于布朗粒子 93

2.7.6 能量均分定理的局限·自由度的冻结 93

2.7.7　固体的热容·杜隆-珀蒂定律 95

附录2.1　一些定积分公式 97

选读材料2.1　子系温度与负温度 98

思考题 99

习题 101

第三章　输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论 106

3.1　黏性现象的宏观规律 106

3.1.1　牛顿黏性定律　层流　湍流与混沌 106

3.1.2　泊肃叶定律·管道流阻 111

3.1.3　斯托克斯定律·云、雾中的水滴 113

3.2　扩散现象的宏观规律 114

3.2.1　菲克定律·自扩散与互扩散 114

3.2.2　看作布朗粒子运动的扩散公式·？2＝2Dt 118

3.3　热传导现象的宏观规律 118

3.3.1　傅里叶定律·线性输运与非线性输运 119

3.3.2　热欧姆定律 121

3.3.3　多孔绝热技术 122

3.4.1　热辐射·辐射传热 123

3.4　辐射传热 123

3.4.2　温室防辐射传热 124

3.4.3　空腔辐射传热·人体辐射热损失 124

3.5　对流传热 126

3.5.1 自然对流·大气环流·人的体温调节 126

3.5.2　牛顿冷却定律·集成电路的散热 128

3.5.3　两相对流传热·热管 129

3.6　气体分子平均自由程 130

3.6.1　碰撞（散射）截面 130

3.6.2　分子间平均碰撞频率 131

3.6.3　气体分子间相对运动速率分布 133

3.6.4　气体分子平均自由程 134

3.6.5　化学反应动力学·催化剂与酶 135

3.7　气体分子碰撞的概率分布 137

3.7.1　气体分子的自由程分布 138

3.7.2　气体分子碰撞时间的概率分布 139

3.8　气体输运系数的导出 140

3.8.1　气体黏性系数导出 140

3.8.2　气体热传导系数与扩散系数 143

3.8.3　与实验结果的比较 145

3.9　稀薄气体中的输运过程 147

3.9.1　稀薄气体的特征 147

3.9.2　稀薄气体中的热传导现象及黏性现象、扩散现象 148

选读材料3.1　量纲分析法简介 152

选读材料3.2　耗散结构 154

选3.2.1　贝纳尔对流·地幔对流 154

选3.2.2　化学振荡 156

选3.2.3　自组织现象 157

选3.2.4　失稳、涨落、结构的出现 157

选3.2.5　耗散结构与填平热力学与生物学间的鸿沟 158

选3.2.6　激光与耗散结构 159

思考题 160

选3.2.7　协同论 160

习题 161

第四章　热力学第一定律 165

4.1　可逆与不可逆过程 165

4.1.1　准静态过程 165

4.1.2　弛豫时间 167

4.1.3　可逆与不可逆过程 168

4.2　功和热量 170

4.2.1　功是力学相互作用下的能量转移 170

4.2.2　体积膨胀功 171

4.2.3　其他形式的功 173

4.2.4　热量与热质说 175

4.3.1　能量守恒与转换定律 177

4.3　热力学第一定律 177

4.3.2　内能定理 178

4.4　热容与焓 180

4.4.1　定体热容与内能 180

4.4.2　定压热容与焓 181

4.4.3　化学反应中的反应热、生成焓及赫斯定律 182

4.5　第一定律对气体的应用 184

4.5.1　理想气体内能·焦耳实验 184

4.5.2　理想气体的等体、等压、等温过程 186

4.5.3　绝热过程 187

4.5.4　大气温度绝热递减率 192

4.5.5　气体声速公式 195

4.5.6　多方过程 196

4.6.1　热机·蒸汽机 201

4.6　热机 201

4.6.2　卡诺热机 203

4.6.3　内燃机循环 205

4.7　焦耳-汤姆孙效应与制冷机 209

4.7.1　制冷循环与制冷系数 209

4.7.2　焦耳-汤姆孙效应 210

4.7.3　气体压缩式制冷机 213

4.7.4　热泵型空调器 214

选读材料4.1　宇宙大爆炸与宇宙膨胀 215

选4.1.1　宇宙是有限的还是无限的？ 215

选4.1.2　爱因斯坦的静态宇宙模型 215

选4.1.3　宇宙膨胀、哈勃定律和宇宙大爆炸 216

选4.1.4　宇宙是“开放的”还是“关闭的”？ 217

选4.1.5　暗能量——名列2003年10大科学突破榜首 217

选4.1.6　宇宙年龄 218

选4.1.7　热宇宙模型 219

思考题 220

习题 222

第五章　热力学第二定律与熵 227

5.1　热力学第二定律的表述及其实质 227

5.1.1　热力学第二定律的两种表述及其等效性 227

5.1.2　利用两种表述判别可逆、不可逆 229

5.1.3　利用四种不可逆因素判别可逆、不可逆 231

5.1.4　热力学第二定律的实质·热力学第二定律与热力学第一定律、热力学第零定律的比较·可用能·超流体 232

5.2　卡诺定理 234

5.2.1　卡诺定理·不可能性与基本定律 234

5.2.2　卡诺定理的应用 237

5.2.3　热力学温标 239

5.3　熵与熵增加原理 240

5.3.1　克劳修斯等式 240

5.3.2　熵和熵的计算 242

5.3.3　温-熵图 245

5.3.4　熵增加原理 247

5.3.5　热寂说 250

5.3.6　“熵恒增”与“能贬值”·“最大功”与“最小功” 251

5.3.7　热力学第二定律的数学表达式 252

5.3.8　熵的微观意义·玻耳兹曼关系 253

选读材料5.1　热力学第二定律的统计解释 257

选5.1.1　宏观状态与微观状态 257

选5.1.2　热力学第二定律的微观解释 259

选读材料5.2　熵与信息 261

选5.2.1　信息与信息量 261

选5.2.2　信息熵 262

选5.2.3　麦克斯韦妖 263

选5.3.1　遗传密码·生物高聚物中的信息·克隆技术 264

选读材料5.3　生命“赖负熵为生” 264

选5.2.4　信息处理消耗能量的下限 264

选5.3.2　生物中的负熵（流） 266

思考题 267

习题 269

第六章　物态与相变 272

6.1　物质的五种物态 272

6.1.1　引言 272

6.1.2　固态 272

6.1.3　超密态物质（白矮星、中子星、黑洞） 276

6.1.4　等离子态 277

6.2　液体 278

6.2.1　液体的微观结构 278

6.2.2　液体的彻体性质 281

6.2.3　水的结构与物理性质·水是生命之源 283

6.3.1　表面张力与表面能 285

6.3　液体的表面现象 285

6.3.2　表面活性剂 287

6.3.3　弯曲液面附加压强 288

6.3.4　润湿与不润湿·毛细现象 291

6.4　气液相变 295

6.4.1　相与相变 295

6 4.2　汽化和凝结 296

6.4.3　真实气体等温线 302

6.4.4　范德瓦耳斯等温线 306

6.4.5　临界点·一级相变与连续相变·临界乳光 309

6.5　固-液、固-气相变·相图 313

6.5.1　固-液及固-气相变 313

6.5.2　相图 316

6.5.3　克拉珀龙方程 319

选读材料6.1　液晶 323

选读材料6.2　固体的表面与界面 326

选6.2.1　界面与表面 326

选6.2.2　固体表面吸附 326

选6.2.3　二维物理　膜的功能 328

选6.2.4　温差电现象·温差发电与温差电制冷 329

思考题 330

习题 333

思考题、习题提示与答案 337

参考文献 352

附录 354

（Ⅰ）书中有关数据的索引 354

（Ⅱ）常用物理学常量 354

（Ⅲ）有关地球、月球、太阳及部分行星、银河系、宇宙的数据 355

索引 357