现代热力学 基于扩展卡诺定理PDF电子书下载

前言 1

1 现代热力学纲要 1

1.1 热力学第二定律面临着来自两方面的挑战 1

1.2 困惑的根源：卡诺定理 3

1.3 克劳修斯不等式的不完整性 5

1.4 当前21世纪热力学的分类系统 8

1.5 非耗散热力学的典型案例：非平衡相图 10

1.6 耗散热力学的典型案例：螺旋反应 12

1.7 昂萨格倒易关系的非热力学假定 14

1.8 普里高京耗散结构的非热力学模型 15

1.9 耗散减少原理 15

1.10 一些基础概念和定义 16

1.11 本纲要的结语 18

参考文献 19

2 热力学的发展史简要 22

2.1 古代对热的认识 22

2.2 卡诺定理 23

2.3 热的本质 29

2.4 热力学第一定律 32

2.5 绝对温标 35

2.6 热力学第二定律 36

2.7 熵函数及熵增原理 39

2.8 大量粒子群体的宏观变化规律 42

2.9 经典热力学的发展和局限性 46

2.10 20世纪的现代热力学探索期 54

参考文献 60

3 经典热力学基础 62

3.1 经典热力学的一些基本概念 62

3.1.1 体系和环境 62

3.1.2 平衡态、非平衡定态和非平衡态 63

3.1.3 状态参数或态函数 64

3.1.4 可逆过程、不可逆过程和准静态过程 65

3.1.5 自发过程和非自发过程 65

3.2 热力学基本定律的经典数学表达式 66

3.2.1 热力学第一定律的数学表达式 66

3.2.2 热力学第二定律的数学表达式 67

3.3 经典的平衡热力学 72

3.4 经典的非平衡热力学 76

3.5 平衡的判据 78

3.6 熵变的计算 80

3.7 吉布斯自由能与温度或压强的关系 86

3.8 化学势与温度或压强的关系 88

3.9 化学反应的吉布斯自由能变化 92

参考文献 95

4 现代热力学基础 97

4.1 引言 97

4.2 热力学基本定律的普适数学表达式 99

4.3 局域平衡近似 103

4.4 熵产生的计算 105

4.4.1 热传导过程的熵产生 106

4.4.2 热传导和物质输运同时进行的熵产生 107

4.4.3 熵产生计算的一般表达式 109

4.5 现代热力学的热力学耦合 111

4.6 薛定谔的“负熵”猜测 125

4.7 ATP生物合成的化学渗透理论 129

4.8 热力学的经典和传统分类系统 132

4.8.1 热力学的经典分类系统 132

4.8.2 热力学的传统分类系统 133

4.9 热力学的现代分类系统 136

4.10 扩展卡诺原理 139

4.11 耗散（或熵产生）减少原理 140

参考文献 141

5 耗散热力学 145

5.1 耗散热力学 145

5.2 线性耗散热力学和昂萨格倒易关系 148

5.3 循环反应 150

5.4 熵产生最小化原理 153

5.5 昂萨格倒易关系的近似性 155

5.6 非线性耗散热力学和普里高京耗散结构 159

5.7 贝纳德图案 159

5.8 激光发射 161

5.9 化学振荡的布鲁塞尔振子模型 163

5.10 杜林结构和传播波 165

5.11 普里高京对热力学耦合的认识偏差 169

5.12 螺旋反应的热力学耦合模型 170

参考文献 173

6 激活低压人造金刚石的热力学耦合模型 176

6.1 高压法人造金刚石 176

6.2 激活低压气相生长人造金刚石 180

6.3 超平衡原子氢择优腐蚀的动力学模型 185

6.4 20世纪80年代的一些热力学理论 188

6.4.1 准平衡模型 189

6.4.2 表面反应热力学模型 190

6.4.3 缺陷诱导稳定化模型 193

6.5 低压金刚石生长的热力学耦合模型 195

6.6 低压金刚石生长热力学耦合的机理 197

6.7 20世纪90年代的其他热力学模型 200

6.7.1 统一势垒模型 201

6.7.2 荷电团簇模型 204

6.7.3 欠饱和气相晶体生长模型 206

6.8 2005年的纳米热力学模型 207

参考文献 209

7 非耗散热力学和二元非平衡相图 213

7.1 一个简单的数学问题 213

7.2 计算相图（CALPHAD）的本质 216

7.3 非耗散热力学和非平衡相图 218

7.4 激活石墨的热力学数据 220

7.4.1 吉布斯自由能法 220

7.4.2 平衡常数法 222

7.5 非平衡相图的计算原理 225

7.6 非平衡相图的计算方法 226

7.6.1 具体计算步骤 226

7.6.2 不同的相线类型 227

7.7 C-H体系的T-X非平衡相图 229

7.8 C-H和C-O体系的T-p-X非平衡相图 233

7.9 C-（H+O）体系的膺二元T-X非平衡相图 235

7.10 C-H体系气相成分的非平衡相图 237

7.11 气相成分对晶向生长的影响 239

参考文献 242

8 非耗散热力学和三元非平衡相图 246

8.1 巴赫曼的C-H-O体系经验相图 246

8.2 C-H-O体系非平衡投影相图 248

8.3 温度、压强范围对C-H-O体系投影相图的影响 252

8.4 马林奈里的C-H-O体系精确实验相图 253

8.5 C-H-O体系截面非平衡相图 254

8.6 C-H-X体系非平衡相图 256

8.7 低压cBN合成的非平衡相图 257

8.8 对非平衡相图的一些评价和小结 261

参考文献 263

9 低压克拉钻的成功和热力学的其他动态 267

9.1 低压生长克拉珍宝级钻石的成功 267

9.2 平衡态和非平衡定态的涨落现象 275

9.3 热力学分类系统的相关讨论 276

9.4 什么是“热力学”和什么是“热力学第二定律” 280

9.5 物理学家的热力学软肋——复杂（耦合）体系 282

9.6 关于“小体系的非平衡热力学” 288

9.7 结语 290

参考文献 291

索引 293