热物理概念 热力学与统计物理学 英文PDF电子书下载

Ⅰ 准备知识 1

1 引言 2

1.1 摩尔是什么？ 3

1.2 热力学极限 4

1.3 理想气体 6

1.4 组合问题 7

1.5 本书的计划 9

练习 12

2 热量 13

2.1 热量的定义 13

2.2 热容量 14

练习 17

3 概率 18

3.1 离散概率分布 19

3.2 连续概率分布 20

3.3 线性变换 21

3.4 方差 22

3.5 线性变换和方差 23

3.6 独立变量 24

3.7 二项分布 26

进一步读物 29

练习 29

4 温度和Boltzmann因子 32

4.1 热平衡 32

4.2 温度计 33

4.3 微观态和宏观态 35

4.4 温度的统计定义 36

4.5 系综 38

4.6 正则系综 38

4.7 Boltzmann分布的应用 42

进一步读物 46

练习 46

Ⅱ 气体动理学理论 47

5 Maxwell-Boltzmann分布 48

5.1 速度分布 48

5.2 速率分布 49

5.3 实验验证 51

练习 54

6 压强 56

6.1 分子分布 57

6.2 理想气体定律 58

6.3 Dolton定律 60

练习 61

7 分子泻流 64

7.1 流密度 64

7.2 泻流 66

练习 69

8 平均自由程和碰撞 70

8.1 平均碰撞时间 70

8.2 碰撞截面 71

8.3 平均自由程 73

练习 74

Ⅲ 输运和热扩散 75

9 气体的输运性质 76

9.1 黏性 76

9.2 热导率 81

9.3 扩散 83

9.4 更细致的理论 86

进一步读物 88

练习 89

10 热扩散方程 90

10.1 热扩散方程的导出 90

10.2 一维热扩散方程 91

10.3 稳态 94

10.4 球的热扩散方程 94

10.5 Newton冷却定律 99

10.6 Prandtl数 100

10.7 热源 101

10.8 粒子扩散 102

练习 103

Ⅳ 第一定律 107

11 能量 108

11.1 一些定义 108

11.2 热力学第一定律 110

11.3 热容量 112

练习 115

12 等温过程和绝热过程 118

12.1 可逆性 118

12.2 理想气体的等温膨胀 120

12.3 理想气体的绝热膨胀 121

12.4 绝热大气 121

练习 123

Ⅴ 第二定律 125

13 热机和第二定律 126

13.1 热力学第二定律 126

13.2 Carnot热机 127

13.3 Carnot定理 130

13.4 Clausius表述与Kelvin表述的等价性 131

13.5 热机实例 131

13.6 逆向运行的热机 133

13.7 Clausius定理 134

进一步读物 137

练习 137

14 熵 140

14.1 熵的定义 140

14.2 不可逆变化 140

14.3 再论第一定律 142

14.4 Joule膨胀 144

14.5 熵的统计基础 146

14.6 混合的熵 147

14.7 Maxwell妖 149

14.8 熵和概率 150

练习 153

15 信息论 157

15.1 信息和Shannon熵 157

15.2 信息和热力学 159

15.3 数据压缩 160

15.4 量子信息 162

15.5 条件概率和联合概率 165

15.6 Bayes定理 165

进一步读物 168

练习 169

Ⅵ 热力学应用 171

16 热力学势 172

16.1 内能U 172

16.2 焓H 173

16.3 Helmholtz函数F 174

16.4 Gibbs函数G 175

16.5 约束 176

16.6 Maxwell关系 179

练习 187

17 杆，气泡和磁体 191

17.1 弹性杆 191

17.2 表面张力 194

17.3 电偶极子和磁偶极子 195

17.4 顺磁性 196

练习 201

18 第三定律 203

18.1 第三定律的不同表述 203

18.2 第三定律的一些结果 205

练习 208

Ⅶ 统计力学 209

19 能量均分 210

19.1 能量均分定理 210

19.2 应用 213

19.3 所作假设 215

19.4 Brown运动 217

练习 218

20 配分函数 219

20.1 写出配分函数 220

20.2 得到态函数 221

20.3 重要思想 228

20.4 组合配分函数 228

练习 232

21 理想气体的统计力学 233

21.1 态密度 233

21.2 量子密度 235

21.3 可分辨性 236

21.4 理想气体的态函数 237

21.5 Gibbs佯谬 240

21.6 双原子气体的热容量 241

练习 243

22 化学势 244

22.1 化学势的定义 244

22.2 化学势的含义 245

22.3 巨配分函数 247

22.4 巨势 248

22.5 化学势作为单粒子Gibbs函数 250

22.6 多种类型的粒子 250

22.7 粒子数守恒定律 251

22.8 化学势和化学反应 252

22.9 渗压作用 257

进一步读物 261

练习 262

23 光子 263

23.1 电磁辐射的经典热力学 264

23.2 谱能量密度 265

23.3 Kirchhoff定律 266

23.4 辐射压强 268

23.5 光子气体的统计力学 269

23.6 黑体分布 270

23.7 宇宙微波背景辐射 273

23.8 Einstein系数A和B 274

进一步读物 277

练习 278

24 声子 279

24.1 Einstein模型 279

24.2 Debye模型 281

24.3 声子色散 284

进一步读物 287

练习 287

Ⅷ 超越理想气体 289

25 相对论气体 290

25.1 有质量粒子的相对论色散关系 290

25.2 极端相对论气体 290

25.3 极端相对论气体的绝热膨胀 293

练习 295

26 真实气体 296

26.1 van der Waals气体 296

26.2 Dieterici气体 304

26.3 位力展开 306

26.4 对应态定律 310

练习 312

27 冷却真实气体 313

27.1 Joule膨胀 313

27.2 等温膨胀 315

27.3 Joule-Kelvin膨胀 316

27.4 气体的液化 318

练习 320

28 相变 321

28.1 潜热 321

28.2 化学势和相变 324

28.3 Clausius-Clapeyron方程 324

28.4 稳定性和亚稳定性 329

28.5 Gibbs相律 332

28.6 依数性 334

28.7 相变的分类 335

28.8 Ising模型 338

进一步读物 343

练习 343

29 Bose-Einstein分布和Fermi-Dirac分布 345

29.1 交换和对称性 345

29.2 全同粒子的波函数 346

29.3 全同粒子的统计 349

进一步读物 353

练习 354

30 量子气体和凝聚 358

30.1 非相互作用量子流体 358

30.2 Fermi气体 361

30.3 Bose气体 366

30.4 Bose-Einstein凝聚（BEC） 367

进一步读物 373

练习 373

Ⅸ 特殊专题 375

31 声波 376

31.1 等温条件下的声波 376

31.2 绝热条件下的声波 377

31.3 声波通常是绝热的还是等温的？ 378

31.4 流体中声速的导出 379

进一步读物 382

练习 382

32 激波 383

32.1 Mach数 383

32.2 激波的结构 383

32.3 激波守恒定律 385

32.4 Rankine-Hugoniot条件 386

进一步读物 389

练习 389

33 Brown运动和涨落 390

33.1 Brown运动 390

33.2 Johnson噪声 393

33.3 涨落 394

33.4 涨落和可用度 395

33.5 线性响应 397

33.6 关联函数 400

进一步读物 407

练习 407

34 非平衡热力学 408

34.1 熵产生 408

34.2 动理系数 409

34.3 Onsager倒易关系的证明 410

34.4 热电性 413

34.5 时间反演和时间箭头 417

进一步读物 419

练习 419

35 星系 420

35.1 引力相互作用 421

35.2 核反应 426

35.3 传热 427

进一步读物 434

练习 434

36 致密物体 435

36.1 电子简并压强 435

36.2 白矮星 437

36.3 中子星 438

36.4 黑洞 440

36.5 吸积 441

36.6 黑洞和熵 442

36.7 生命，宇宙和熵 443

进一步读物 445

练习 445

37 地球大气 446

37.1 太阳能 446

37.2 大气的温度分布 447

37.3 辐射转移 449

37.4 温室效应 452

37.5 全球变暖 456

进一步读物 460

练习 460

A 基本常数 461

B 有用的公式 462

C 有用的数学 464

C1 阶乘积分 464

C2 Gauss积分 464

C3 Stirling公式 467

C4 Riemannζ函数 469

C5 多对数函数 470

C6 偏导数 471

C7 恰当微分 472

C8 超球的体积 473

C9 Jacob行列式 473

C10 Diracδ函数 475

C11 Fourier变换 475

C12 扩散方程的解 476

C13 Lagrange乘子 477

D 电磁谱 479

E 一些热力学定义 480

F 热力学展开公式 481

G 约化质量 482

H 主要符号总表 483

参考文献 485

索引 489