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第1章　概率及概率密度分布函数 1

1.1　概率的基本概念 1

1.1.1 随机现象与随机事件 1

1.1.2 统计规律性 2

1.1.3 随机事件发生的可能性——概率的定义 3

1.1.4　概率的基本性质 3

1.1.5　概率的简单计算 4

1.2　随机变量与概率分布 5

1.2.1 随机变量 5

1.2.2 离散型随机变量的概率分布 6

1.2.3 连续型随机变量的概率密度分布函数 8

1.3　统计平均值及涨落 10

1.3.1 统计平均值 10

1.3.2 围绕统计平均值的涨落 12

思考题 13

习题 14

第2章　热力学系统的状态 16

2.1　热力学系统的宏观描述 16

2.1.1 热力学系统及其状态参量 16

2.1.2 平衡态 17

2.1.3 非平衡态 18

2.2　温度 19

2.2.1 热力学第零定律 19

2.2.2　温度的定义 20

2.3　温标 20

2.3.1 经验温标 20

2.3.2 热力学温标 25

2.3.3 国际实用温标 26

2.4　状态方程 27

2.4.1 状态方程 27

2.4.2 理想气体状态方程 28

2.4.3 混合理想气体状态方程 32

2.4.4　概观实际气体状态方程 33

2.5　热力学系统状态的微观描述 35

2.5.1 微观状态 35

2.5.2　微观配容与宏观分布 36

2.5.3 等概率原理 37

2.5.4 热力学概率——一种可能的分布出现的概率 37

2.5.5 宏观量是相应微观量的统计平均值 37

2.5.6 热动平衡态的统计解说 38

思考题 41

习题 42

第3章　气体平衡态的分子动理论基本概念 47

3.1　气体分子热运动的通性 47

3.1.1 布朗运动 47

3.1.2　分子运动方向的统计描述 51

3.1.3 分子按速度分布及按速率分布的统计描述 53

3.2　分子间的相互作用力 55

3.3　气体的微观模型 57

3.3.1 气体分子的力心点模型 58

3.3.2 苏则朗分子力模型 59

3.3.3 气体分子的无吸引力刚性球模型 59

3.3.4　理想气体模型 60

3.4　理想气体的压强 61

3.4.1 对气体压强的定性解释 61

3.4.2 气体分子对器壁的平均碰撞次数 62

3.4.3 理想气体压强公式 64

3.5　温度的微观解释 67

3.6　范德瓦尔斯方程 68

3.6.1 分子固有体积所引起的修正 68

3.6.2　分子间吸引力所引起的修正 69

3.7　分子间的碰撞 73

3.7.1 气体分子的平均自由程和碰撞频率 73

3.7.2　分子碰撞（散射）截面 76

3.7.3 气体分子按自由程的分布 77

附3.1　对原子和分子的观察及操纵 78

思考题 80

习题 81

第4章 弱耦合系统玻耳兹曼分布律的简单应用 84

4.1　弱耦合系统的玻耳兹曼分布律 84

4.2　重力场中微粒按高度的分布 85

4.2.1 等温大气压公式 86

4.2.2 悬浮微粒按高度的分布 87

4.3　麦克斯韦速度分布律 88

4.3.1 麦克斯韦速度分布函数 88

4.3.2 麦克斯韦速度分量分布函数 89

4.3.3　麦克斯韦速率分布律 89

4.3.4 误差函数 92

4.3.5 应用举例 93

4.3.6　麦克斯韦速度分布律的实验验证 98

4.4　能量按自由度均分定理 100

4.4.1 气体的内能和定容热容量 100

4.4.2 自由度和动能函数 101

4.4.3 分子热运动平均能量的计算 103

4.4.4 理想气体的摩尔内能和定容摩尔热容量 104

4.4.5 能量按自由度均分定理 105

4.4.6 由能量按自由度均分定理看经典物理的困难 106

思考题 107

习题 108

第5章　气体的输运过程 114

5.1　输运过程的宏观规律 115

5.1.1 牛顿黏滞定律 115

5.1.2　傅里叶热传导定律 116

5.1.3 对流和辐射传热 117

5.1.4 菲克扩散定律 125

5.2　输运过程的微观解释 127

5.2.1 思路与准备 127

5.2.2 黏滞现象的微观解释 129

5.2.3 热传导现象的微观解释 130

5.2.4 扩散现象的微观解释 131

5.2.5 输运过程简单微观理论与实验的比较 131

5.2.6 对简单理论的改进 132

5.3　超稀薄气体的热传导及黏滞现象 134

思考题 135

习题 136

第6章　热力学第一定律 139

6.1 功、内能和热量 139

6.1.1 热力学的广义功 139

6.1.2 内能 140

6.1.3 热量 141

6.2　热力学第一定律 142

6.2.1 热力学第一定律的建立 142

6.2.2 热力学第一定律的数学表述 143

6.3　准静态过程与可逆过程 144

6.3.1　准静态过程 144

6.3.2 可逆过程 145

6.4　可逆过程中功的计算 146

6.4.1 体积功的计算 147

6.4.2 其他形式的功 148

6.4.3 可逆过程做功的一般表达式 150

6.5　热容量与热量的计算及焓 150

6.5.1 等容过程热容量与内能的变化 150

6.5.2 等压过程热容量与焓的变化 151

6.5.3 由热容量计算热量、内能和焓 152

6.5.4　对热容量的进一步认识 153

6.6　气体的内能 154

6.6.1 焦耳实验 154

6.6.2 焦耳定律 155

6.6.3 焦耳—汤姆逊实验 155

6.6.4　理想气体的定义 158

6.6.5 对焦耳—汤姆逊效应的初步解释 159

6.7　理想气体典型热力学过程的分析 160

6.7.1 等温过程 161

6.7.2 等容过程 161

6.7.3 等压过程 161

6.7.4 绝热过程 162

6.7.5 多方过程 165

6.8　循环过程 166

6.8.1 热力循环及其效率 166

6.8.2 制冷循环和制冷系数 167

6.8.3 热泵及热泵效能 172

6.8.4 卡诺循环 172

6.8.5 常用的理想动力循环简述 174

附6.1　能源与能源新技术简述 175

思考题 183

习题 185

第7章　热力学第二定律 193

7.1　问题的提出 193

7.2　热现象的不可逆性 193

7.2.1 热现象的进行方向 193

7.2.2　各种不可逆过程都是互相关联的 194

7.2.3 自发过程初末态的差别 195

7.3　态函数熵 197

7.3.1 热力学概率与熵的定义——玻耳兹曼公式 197

7.3.2 理想气体熵的表达式 197

7.3.3 熵的变化与热交换 199

7.4　热力学第二定律 201

7.4.1 熵增加原理——热力学第二定律的熵表述 201

7.4.2 热力学第二定律的经典表述 201

7.4.3 热力学第二定律的实质 203

7.4.4 热力学第二定律的统计意义 203

7.5　卡诺定理及其应用 204

7.5.1 卡诺定理在热力学发展中的重要地位 204

7.5.2 卡诺定理及其证明 205

7.5.3 历史上对卡诺定理的证明和态函数熵的引进 207

7.5.4 热力学温标的建立 210

7.5.5 物质的内能与状态方程的关系 211

7.6　熵差的计算 212

7.7　熵及熵增加原理的实际应用 218

7.8 熵及热力学第二定律的拓展 221

7.8.1 负温度 221

7.8.2 熵与信息 225

7.8.3　时间箭头 229

7.8.4 非平衡的定常态 232

7.8.5 耗散结构 234

7.8.6 从平衡态走向混沌 241

7.8.7 热寂说 242

思考题 244

习题 245

第8章　相变 249

8.1　气-液相变 250

8.1.1 汽化和凝结 250

8.1.2　蒸发与饱和蒸气压 250

8.1.3 沸腾 251

8.1.4　汽化热和凝结热 252

8.1.5 过饱和蒸气与过热液体 253

8.1.6 气液等温转变 临界点 255

8.1.7 范德瓦尔斯等温线 临界参量 257

8.1.8 物态对比方程 对应态定律 258

8.1.9 汽化曲线 259

8.1.10　热管 259

8.2 固—液相变和固—气相变　三相图 260

8.2.1 固—液相变 260

8.2.2 固—气相变 262

8.2.3 三相图 262

8.3　一级相变的普遍特征　克拉珀龙方程 263

8.3.1 气—液、固—液、固—气相变的共同特征 一级相变 263

8.3.2 克拉珀龙方程 264

8.4　连续相变简介 266

8.4.1 一级相变以外的一些相变现象 266

8.4.2　连续相变 269

思考题 271

习题 272

附录 274

习题参考答案 274

附表1　基本物理常量（1986年的推荐值） 281

附表2　保留单位和标准值 281

索引 282

主要参考书目 285