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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 2

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 温度与温度计 6

1.3.1 温度 6

1.3.2 热力学第零定律 7

1.3.3 温标 8

1.3.4 实用温度计简介 12

1.4 物态方程 15

1.4.1 物态方程 16

1.4.3 混合理想气体物态方程 17

1.5 物质的微观模型 17

1.5.1 物质由大数分子组成 18

1.5.2 分子热运动的例证——扩散、布朗运动与涨落现象 19

1.5.3 分子间的吸引力与排斥力摩擦力 22

1.6 理想气体微观描述的初级理论 25

1.6.1 理想气体微观模型 25

1.6.2 单位时间内碰在单位面积器壁上的平均分子数Γ≈nυ/6 26

1.6.3 理想气体压强公式 压强的单位换算 28

1.6.4 温度的微观意义 30

1.7 分子间作用力势能与真实气体物态方程 32

1.7.1 分子间互作用势能曲线 32

1.7.2 范德瓦耳斯方程 35

1.7.3 昴内斯方程 37

1.7.4 几种典型的分子作用力势能曲线 38

选读材料1-1 范德瓦耳斯方程证明中的两个问题 39

选1.1.1 b是分子固有体积的四倍的证明 39

选1.1.2 器壁分子与气体分子间吸引力对气体压强不作贡献的解释 40

思考题 41

习题 42

第二章 分子动理学理论的平衡态理论 46

2.1 分子动理学理论与统计物理学 46

2.2 概率论的基本知识 47

2.2.1 伽尔顿板实验 47

2.2.2 等概率性与概率的基本性质 48

2.2.2 平均值及其运算法则 50

2.2.4 均方偏差 51

2.2.5 概率分布函数 51

2.3.1 分子射线束实验 54

2.3 麦克斯韦速率分布 54

2.3.2 麦克斯韦速率分布 55

2.4 麦克斯韦速度分布 59

2.4.1 速度空间 59

2.4.2 麦克斯韦速度分布 62

2.4.3 相对于υ？的(麦克斯韦)速度分量分布与速率分布 误差函数 63

2.4.4 从麦克斯韦速度分布导出速率分布 65

2.4.5 T=OK时金属中自由电子的速度分布与速率分布(费米球) 65

2.5 气体分子碰壁数及其应用 66

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 66

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) 69

2.6 外力场中自由粒子的分布·玻尔兹曼分布 73

2.6.1 等温大气压强公式悬浮微粒按高度分布 73

2.6.2 旋转体中悬浮粒子径向分布 超速离心技术台风、飓风、龙卷风 75

2.6.3 玻尔兹曼分布 76

2.7.1 理想气体的热容 78

2.7 能量均分定理 78

2.7.2 自由度与自由度数 79

2.7.3 能量均分定理 81

2.7.4 能量按自由度均分的物理原因 82

2.7.5 能量均分定理用于布朗粒子 83

2.7.6 能量均分定理的局限 自由度的冻结 84

附录2-1 一些定积分公式 85

选读材料2-1 地球大气壳层结构 大气逃逸与行星大气 86

选读材料2-2 热辐射——分子动理论对光子气体的应用 89

选2.2.1 光子主要特征 89

选2.2.2 黑体辐射 90

选2.2.3 光压 91

选2.2.4 斯特藩-玻尔兹曼定律 基尔霍夫定律 93

选2.2.5 太阳及地球表面温度的估计 温室效应 95

选读材料2-3 子系温度与负温度 97

思考题 98

习题 100

第三章 输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论 105

3.1 黏性现象的宏观规律 105

3.1.1 层流与牛顿黏性定律 105

3.1.2 泊肃叶定律？管道流阻 109

3.1.3 斯托克斯定律？云、雾中的水滴 110

3.2 扩散现象的宏观规律 111

3.2.1 自扩散与互扩散 菲克定律 111

3.2.2 看作布朗粒子运动的扩散公式－x2=2Dt 114

3.3 热传导现象的宏观规律 115

3.3.1 傅里叶定律 115

3.3.2 热欧姆定律 117

3.3.3 多孔绝热技术 118

3.4.1 温室防辐射传热 119

3.4 辐射传热 119

3.4.2 空腔辐射传热 人体辐射热损失 120

3.5 对流传热 121

3.5.1 自然对流“大气环流”人的体温调节 121

3.5.2 牛顿冷却定律 集成电路的散热 122

3.5.3 热管 124

3.6 气体分子平均自由程 125

3.6.1 碰撞(散射)截面 125

3.6.2 分子间平均碰撞频率 126

3.6.3 气体分子间相对运动速率分布 128

3.6.4 气体分子平均自由程 129

3.6.5 化学反应动力学 催化剂与酶 131

3.7 气体分子碰撞的概率分布 132

3.7.1 气体分子的自由程分布 133

3.7.2 气体分子碰撞时间的概率分布 134

3.8.1 气体黏性系数的导出 135

3.8 气体输运系数的导出 135

3.8.2 气体热传导系数的导出 138

3.8.3 气体扩散系数的导出 139

3.8.4 与实验结果的比较 140

3.9 稀薄气体中的输运过程 141

3.9.1 稀薄气体的特征 141

3.9.2 稀薄气体中的热传导现象、黏性现象及扩散现象 143

选读材料3-1 量纲分析法简介 146

选读材料3-2 耗散结构 148

选3.2.1 贝纳尔对流 地幔对流 148

选3.2.2 化学振荡 150

选3.2.3 自组织现象 151

选3.2.4 失稳、涨落、结构的出现 152

选3.2.5 耗散结构与填平热力学与生物学问的鸿沟 152

选3.2.6 激光与耗散结构 153

思考题 154

选3.2.7 协同论 154

习题 155

第四章 热力学第一定律 161

4.1 可逆与不可逆过程 161

4.1.1 准静态过程 161

4.1.2 弛豫时间 163

4.1.3 可逆与不可逆过程 164

4.2 功和热量 166

4.2.1 功是力学相互作用下的能量转移 166

4.2.2 体积膨胀功 166

4.2.3 其它形式的功 169

4.2.4 热量与热质说 171

4.3 热力学第一定律 172

4.3.1 能量守恒定律的建立 172

4.3.2 内能定理 174

4.4.1 定体热容与内能 175

4.4 热容与焓 175

4.4.2 定压热容与焓 176

4.4.3 化学反应中的反应热、生成焓以及赫斯定律 177

4.5 第一定律对气体的应用 179

4.5.1 理想气体内能 焦耳实验 179

4.5.2 理想气体的等体、等压、等温过程 180

4.5.3 绝热过程 181

4.5.4 大气温度绝热递减率 185

4.5.5 气体声速公式 188

4.5.6 多方过程 189

4.6 热机 194

4.6.1 蒸汽机与热机 195

4.6.2 卡诺热机 195

4.6.3 内燃机循环 197

4.7.1 制冷循环与制冷系数 201

4.7 焦耳—汤姆孙效应与制冷机 201

4.7.2 焦耳—汤姆孙效应 202

4.7.3 气体压缩式制冷机 205

4.7.4 热泵型空调器 207

选读材料4-1 宇宙膨胀与“反引力”力 宇宙论的标准模型 宇宙年龄 207

思考题 210

习题 211

第五章 热力学第二定律与熵 216

5.1 第二定律的表述及其实质 216

5.1.1 热力学第二定律的两种表述及其等效性 216

5.1.2 利用两种表述判别可逆与不可逆 218

5.1.3 利用四种不可逆因素判别可逆与不可逆 220

5.1.4 第二定律实质 第二定律与第一、第零定律的比较 可用能 221

5.2 卡诺定理 222

5.2.1 卡诺定理 223

5.2.2 卡诺定理的应用 225

5.2.3 热力学温标 227

5.3 熵与熵增加原理 228

5.3.1 克劳修斯等式 228

5.3.2 熵和熵的计算 229

5.3.3 温—熵图 233

5.3.4 熵增加原理 234

5.3.5 热寂说 237

5.3.6 “嫡恒增”与“能贬值”“最大功”与“最小功” 238

5.3.7 第二定律的数学表达式 239

5.3.8 熵的微观意义 241

选读材料5—1 热力学第二定律的统计解释 243

选5.1.1 玻尔兹曼关系的证明 243

选5.1.2 热力学第二定律的微观解释 244

选5.1.3 宏观状态与微观状态 246

选5.2.1 信息与信息量 248

选读材料5—2 熵与信息 248

选5.1.2 信息熵 249

选5.2.3 麦克斯韦妖 250

选5.2.4 信息处理消耗能量的下限 251

选读材料5—3 生命“赖负熵为生” 251

选5.3.1 遗传密码 生物高聚物中的信息 251

选5.3.2 生物中的负熵(流) 252

思考题 254

习题 256

第六章 液态与固态 259

6.1 固体 259

6.1.1 引言 259

6.1.2 晶体和非晶体 260

6.1.3 晶体的微观结构与对称性 261

6.1.4 晶体的结合键 263

6.1.5 晶体的热学性质 267

6.1.6 晶体的力学性质 271

6.1.7 晶体中的缺陷、扩散及气体吸收(贮氢合金) 276

6.2 液体 279

6.2.1 液体的微观结构 279

6.2.2 液体的彻体性质 282

6.2.3 水的结构与物理性质 水是生命之源 284

6.3 液体的表面现象 286

6.3.1 表面张力与表面能 286

6.3.2 表面活性剂 288

6.3.3 弯曲液面附加压强 289

6.3.4 润湿与不润湿 毛细现象 291

选读材料6-1 液晶 295

选6.2.1 界面与表面 298

选6.2.2 固体表面吸附 298

选读材料6-2 固体的表面与界面 298

选6.2.3 膜的功能 300

选6.2.4 温差电现象 温差发电与温差电致冷 300

选读材料6-3 非晶态 302

思考题 304

习题 305

第七章 相变 308

7.1 气液相变 308

7.1.1 气化和凝结 308

7.1.2 真实气体等温线 315

7.1.3 范德瓦耳斯等温线 318

7.1.4 临界点 一级相变与连续相变 临界乳光 321

7.2 固—液、固—气相变 相图 325

7.2.1 固—液及固—气相变 325

7.2.2 相图 328

7.2.3 克拉珀龙方程 331

选读材料7-1 液氦的超流动性及其相变 335

选7.1.1 氦Ⅱ与氦Ⅰ间λ相变及4He相图 335

选7.1.2 液氦的二流体模型 337

选7.1.3 “零”黏性 热—机械效应与机械—热效应 它们间可逆转换违背第二定律吗? 338

选7.1.4 3He—4He稀释制冷机 341

思考题 342

习题 343

思考题、习题提示与答案 346

参考书目 359

附录 361

(Ⅰ)书中有关数据的索引 361

(Ⅱ)常用物理学常量 361

(Ⅲ)有关地球、月球、太阳及部分行星、银河系、宇宙的数据 362

索引 364