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第1章 热力学基本定律 3

1.1 热平衡定律与温度 3

1.2 热力学第一定律（能量守衡与转化定律） 4

1.2.1 内能、热和功 4

1.2.2 热力学第一定律 5

1.2.3 可逆过程与最大功 5

1.2.4 焓 6

1.2.5 热容 6

1.3 热力学第二定律（熵增原理） 7

1.3.1 自发过程与不可逆过程 7

1.3.2 熵 7

1.3.3 热力学第二定律与熵增原理 8

1.3.4 自由能 10

1.3.5 自由焓 10

1.4 热力学第三定律 10

1.4.1 能斯特热定理 10

1.4.2 热力学第三定律 11

1.5 热力学平衡判据 13

1.5.1 熵判据 13

1.5.2 自由能判据 14

1.5.3 自由焓判据 15

第2章 热力学状态函数及其关系式 16

2.1 基本定义关系式与状态函数关系式 16

2.2 麦克斯维关系式 18

2.3 吉布斯－亥姆霍兹方程 19

2.4 基尔霍夫公式 20

2.5 克劳修斯－克拉佩龙方程 21

2.6 埃阑佛斯特方程 23

2.7 理查德规则和楚顿规则 25

第3章 统计热力学基础 26

3.1 热力学几率与熵的统计意义 26

3.1.1 经典热力学与统计热力学 26

3.1.2 数学几率与热力学几率 28

3.1.3 平衡态与最可几分布 36

3.1.4 熵的统计表达式 37

3.2 热容的理论表达式 39

3.2.1 平衡条件的应用——热空位浓度的求解 39

3.2.2 爱因斯坦方程 40

第4章 统计热力学中的配分函数 43

4.1 分子的运动状态与能级 43

4.1.1 三维平动子的平动能 43

4.1.2 刚性转子的转动能 44

4.1.3 线性谐振子的振动能 44

4.1.4 能级的简并度 45

4.1.5 分子运动的自由度 46

4.2 玻尔兹曼分布与配分函数 46

4.2.1 近独立子系 47

4.2.3 配分函数Z与麦－玻分布函数 49

4.3 粒子的配分函数及物理意义 51

4.3.1 平动配分函数 52

4.3.2 转动配分函数 53

4.3.3 振动配分函数 54

4.3.4 配分函数的物理意义 54

4.4 费米－狄拉克分布和玻色－爱因斯坦分布 55

4.4.1 费米－狄拉克分布 56

4.4.2 玻色－爱因斯坦分布 57

4.4.3 三种分布的关系 58

第5章 热力学函数的统计表述 60

5.1 内能和热容 60

5.2熵 61

5.3 其它热力学函数 62

第6章 平衡统计的系综方法 64

6.1 微正则系综 65

6.2 正则系综 66

6.2.1 正则系综的分布函数 67

6.2.2 正则系综的配分函数 70

6.3 巨正则系综 71

第7章 溶体及其模型 75

7.1 溶体的基本特性 75

7.1.1 偏摩尔量与化学位 75

7.1.2 亨利定律与拉乌尔定律 80

7.1.3 理想溶体与实际溶体 82

7.2 规则溶体与亚规则溶体 87

7.2.1 规则溶体模型 87

7.2.2 亚规则溶体模型 93

7.3 规则溶体模型的统计分析 95

7.4 二元固溶体的亚点阵模型 96

7.4.1 模型的提出 96

7.4.2 熵与自由能 99

7.5 其它溶体模型 103

7.5.1 中心原子模型 103

7.5.2 自由体积理论模型 107

7.5.3 米德玛生成热模型 109

7.5.4 几何模型 110

7.5.5 活度系数模型 112

第8章 二元溶体热力学 114

8.1 混合物的自由能 114

8.2 二元系两相平衡 116

8.2.1 平衡条件 116

8.2.2 液－固相平衡 116

8.2.3 固－固相平衡 118

第9章 三元溶体热力学 124

9.1 三元溶体模型 124

9.1.1 三元规则溶体模型 124

9.1.2 具有化合物相的三元系 127

9.1.3 置换－间隙固溶体的自由能 130

9.2 三元合金系的相平衡 133

9.2.1 固溶体与线性化合物的平衡 134

9.2.2 两个线性化合物的平衡 135

9.2.3 固溶体与定成分化合物的平衡 136

9.2.4 固溶体之间的相平衡 138

9.2.5 固溶体平衡成分的计算 138

9.3 合金元素对相平衡的影响 139

9.4 Fe-M-C系中合金元素在碳化物与固溶体间的分配 142

第10章 相图热力学及其计算 145

10.1 相律及其推导 145

10.2 相图的基本原理和规则 148

10.3 通过相图计算溶体的热力学量 150

10.3.1 熔化热的计算 150

10.3.2 组元活度的计算 151

10.3.3 其它热力学量的计算 155

10.4 二元相图的计算 156

10.4.1 平衡相浓度的计算原理 157

10.4.2 简单共晶相图的计算 159

10.4.3 二元匀晶相图的计算 161

10.4.4 具有金属间化合物的相图 162

第11章 界面热力学 164

11.1 金属的表面张力 164

11.1.1 纯金属表面张力的估算 164

11.1.2 液态与固态金属表面张力的关系 165

11.1.3 晶体表面张力的各向异性 166

11.1.4 二元合金的表面张力 167

11.2 金属的液固界面张力及润湿现象 169

11.2.1 纯金属的液－固界面张力 169

11.2.2 液体对固体的润湿性及液体在固液界面处的形状 170

11.2.3 界面引起的附加压力 172

11.3 金属的晶界能 173

11.3.1 小角度晶界 174

11.3.2 界面的类型和界面能 175

11.3.3 弯曲界面对相变的影响 176

第12章 相变热力学 178

12.1 相变分类 178

12.2 相变驱动力与新相的形成 179

12.2.1 相变驱动力 179

12.2.2 新相的形成与形核驱动力 181

12.3 固溶体的稳定性与脱溶分解 183

12.3.1 固溶体的稳定性 183

12.3.2 脱溶分解驱动力 184

12.4 析出相的表面张力效应 187

12.5 晶界偏析 189

12.6 磁性转变对自由能的影响 191

第13章 化学反应动力学 193

13.1 化学反应平衡及平衡常数 193

13.2 范德霍夫方程式 195

13.2.1 等温方程式 195

13.2.2 等压方程式 196

13.3 查特利耳－布朗原则 197

13.4 反应机理与质量定律 200

13.4.1 反应速度 200

13.4.2 反应机理 202

13.5 阿累尼乌斯公式——反应速度常数k与温度T的关系 205

13.6 反应激活能 206

13.7 反应速率的动力学理论——碰撞理论和过渡状态理论 208

13.7.1 有效碰撞理论 208

13.7.2 过渡状态理论 213

第14章 溶体中的扩散 216

14.1 扩散基本定律 216

14.1.1 菲克第一定律及其应用 217

14.1.2 菲克第二定律及其应用 220

14.2 金属中原子扩散机制与扩散系数 221

14.2.1 原子扩散机制 221

14.2.2 原子热运动与扩散系数 222

14.3 稀溶体中的扩散 224

14.4 浓溶体中的扩散与达肯方程 225

14.5 合金中的扩散 227

14.6 扩散理论的应用——晶界偏聚 230

14.6.1 平衡偏聚 230

14.6.2 非平衡偏聚 232

第15章 相变动力学 234

15.1 相变形核 234

15.1.1 均匀形核 234

15.1.2 非均匀形核 236

15.2晶体长大 239

15.2.1 以扩散速度控制的长大 239

15.2.2 以界面反应速度控制的长大 245

15.2.3 第二相粒子粗化 246

15.2.4 晶粒粗化 249

15.2.5 界面溶质原子与异相对新相长大和晶粒粗化的影响 253

15.3 相转变动力学 256

15.3.1 约森－梅耳方程 256

15.3.2 阿佛拉米方程 257

附录1拉格朗日待定乘子法 259

附录2单位换算 261

参考文献 262