热物理概念 热力学与统计物理学PDF电子书下载

第1部分 准备知识 3

第1章 引言 3

1.1 什么是摩尔？ 3

1.2 热力学极限 4

1.3 理想气体 6

1.4 组合问题 8

1.5 本书计划 10

本章小结 12

练习 12

第2章 热量 13

2.1 热量的一个定义 13

2.2 热容 14

本章小结 16

练习 16

第3章 概率 18

3.1 离散概率分布 18

3.2 连续概率分布 20

3.3 线性变换 21

3.4 方差 21

3.5 线性变换和方差 22

3.6 独立变量 23

3.7 二项式分布 25

本章小结 27

拓展阅读 27

练习 27

第4章 温度与玻尔兹曼因子 32

4.1 热平衡 32

4.2 温度计 33

4.3 宏观态与微观态 34

4.4 温度的一个统计定义 36

4.5 系综 37

4.6 正则系综 38

4.7 玻尔兹曼分布的应用 41

本章小结 44

拓展阅读 45

练习 45

第2部分 气体动理学理论 49

第5章 麦克斯韦－玻尔兹曼分布 49

5.1 速度分布 49

5.2 速率分布 50

5.2.1 〈v〉和〈v2〉 51

5.2.2 一个气体分子的平均动能 52

5.2.3 f（v）的极大值 52

5.3 实验验证 52

本章小结 55

练习 55

第6章 压强 58

6.1 分子的分布 59

6.1.1 立体角 59

6.1.2 在某一方向上以某一速率运动的分子数 59

6.1.3 撞击器壁的分子数 60

6.2 理想气体定律 61

6.3 道尔顿定律 63

本章小结 63

练习 64

第7章 分子泻流 67

7.1 通量 67

7.2 泻流 68

本章小结 72

练习 72

第8章 平均自由程和碰撞 74

8.1 平均碰撞时间 74

8.2 碰撞截面 75

8.3 平均自由程 77

本章小结 78

练习 78

第3部分 输运和热扩散 81

第9章 气体的输运性质 81

9.1 黏性 81

9.2 热传导 86

9.3 扩散 89

9.4 更细致的理论 91

本章小结 93

拓展阅读 93

练习 94

第10章 热扩散方程 96

10.1 热扩散方程的推导 96

10.2 一维热扩散方程 97

10.3 稳恒态 99

10.4 球的热扩散方程 100

10.5 牛顿冷却定律 104

10.6 普朗特数 105

10.7 热源 106

10.8 粒子扩散 107

本章小结 107

练习 108

第4部分 第一定律 115

第11章 能量 115

11.1 一些定义 115

11.1.1 热平衡系统 115

11.1.2 态函数 115

11.2 热力学第一定律 117

11.3 热容 118

本章小结 121

练习 122

第12章 等温和绝热过程 125

12.1 可逆性 125

12.2 理想气体的等温膨胀 126

12.3 理想气体的绝热膨胀 127

12.4 绝热大气 128

本章小结 129

练习 129

第5部分 第二定律 135

第13章 热机和第二定律 135

13.1 热力学第二定律 135

13.2 卡诺热机 135

13.3 卡诺定理 138

13.4 克劳修斯表述和开尔文表述的等价性 139

13.5 热机举例 140

13.6 逆向运行的热机 141

13.7 克劳修斯定理 143

本章小结 145

拓展阅读 146

练习 146

第14章 熵 149

14.1 熵的定义 149

14.2 不可逆变化 149

14.3 再论热力学第一定律 151

14.4 焦耳膨胀 153

14.5 熵的统计基础 155

14.6 混合熵 156

14.7 麦克斯韦妖 158

14.8 熵和概率 159

本章小结 161

练习 161

第15章 信息论 166

15.1 信息和香农熵 166

15.2 信息和热力学 168

15.3 数据压缩 169

15.4 量子信息 170

15.5 条件概率和联合概率 172

15.6 贝叶斯定理 173

本章小结 175

拓展阅读 175

练习 176

第6部分 热力学的应用 181

第16章 热力学势 181

16.1 内能U 181

16.2 焓H 182

16.3 亥姆霍兹函数F 183

16.4 吉布斯函数G 183

16.5 约束 184

16.6 麦克斯韦关系 188

本章小结 194

练习 195

第17章 细杆，气泡和磁体 199

17.1 弹性杆 199

17.2 表面张力 201

17.3 电偶极矩与磁偶极矩 203

17.4 顺磁性 204

本章小结 208

练习 209

第18章 热力学第三定律 211

18.1 热力学第三定律的不同表述 211

18.2 第三定律的一些推论 213

本章小结 215

练习 216

第7部分 统计力学 219

第19章 能量均分 219

19.1 能量均分定理 219

19.2 应用 222

19.2.1 单原子气体中的平动 222

19.2.2 双原子气体中的转动 222

19.2.3 双原子气体中的振动 223

19.2.4 固体热容 224

19.3 所作的假设 225

19.4 布朗运动 226

本章小结 226

练习 227

第20章 配分函数 228

20.1 写出配分函数 228

20.2 得到态函数 230

20.3 一个重要的思想 236

20.4 组合配分函数 236

本章小结 239

练习 239

第21章 理想气体的统计力学 241

21.1 态密度 241

21.2 量子密度 243

21.3 可分辨性 244

21.4 理想气体的态函数 246

21.5 吉布斯佯谬 247

21.6 双原子气体的热容 248

本章小结 249

练习 249

第22章 化学势 251

22.1 化学势的定义 251

22.2 化学势的内涵 252

22.3 巨配分函数 254

22.4 巨势 255

22.5 作为单粒子吉布斯函数的化学势 257

22.6 多种类型的粒子 257

22.7 粒子数守恒定律 258

22.8 化学势和化学反应 259

22.9 渗透 263

本章小结 267

拓展阅读 267

练习 268

第23章 光子 270

23.1 电磁辐射的经典热力学 270

23.2 谱能量密度 272

23.3 基尔霍夫定律 273

23.4 辐射压强 275

23.5 光子气体的统计力学 276

23.6 黑体分布 277

23.7 宇宙微波背景辐射 280

23.8 爱因斯坦系数A和B 281

本章小结 283

拓展阅读 284

练习 284

第24章 声子 286

24.1 爱因斯坦模型 286

24.2 德拜模型 287

24.3 声子色散关系 291

本章小结 294

拓展阅读 295

练习 295

第8部分 超越理想气体 299

第25章 相对论性气体 299

25.1 有质量粒子的相对论性色散关系 299

25.2 极端相对论性气体 300

25.3 极端相对论性气体的绝热膨胀 302

本章小结 303

练习 304

第26章 实际气体 305

26.1 范德瓦尔斯气体 305

26.2 狄特里奇方程 312

26.3 位力展开 313

26.4 对应态定律 317

本章小结 318

练习 318

第27章 冷却真实气体 320

27.1 焦耳膨胀 320

27.2 等温膨胀 321

27.3 焦耳-开尔文膨胀 322

27.4 气体的液化 325

本章小结 326

练习 326

第28章 相变 328

28.1 潜热 328

28.2 化学势和相变 330

28.3 克劳修斯－克拉珀龙方程 331

28.4 稳定性和亚稳定性 335

28.5 吉布斯相律 339

28.6 依数性 340

28.7 相变的分类 341

28.8 伊辛模型 344

本章小结 350

拓展阅读 350

练习 350

第29章 玻色－爱因斯坦统计和费米－狄拉克统计 352

29.1 交换和对称性 352

29.2 全同粒子的波函数 354

29.3 全同粒子的统计 356

本章小结 359

拓展阅读 360

练习 360

第30章 量子气体和凝聚 365

30.1 无相互作用的量子流体 365

30.2 费米气体 367

30.3 玻色气体 372

30.4 玻色-爱因斯坦凝聚（BEC） 374

本章小结 378

拓展阅读 379

练习 379

第9部分 特殊专题 383

第31章 声波 383

31.1 等温条件下的声波 384

31.2 绝热条件下的声波 384

31.3 声波通常是绝热的还是等温的？ 385

31.4 流体中声速的推导 386

本章小结 388

拓展阅读 388

练习 388

第32章 激波 390

32.1 马赫数 390

32.2 激波的结构 390

32.3 激波守恒定律 391

32.4 兰金－于戈尼奥条件 392

本章小结 395

拓展阅读 395

练习 395

第33章 布朗运动与涨落 397

33.1 布朗运动 397

33.2 约翰孙噪声 399

33.3 涨落 400

33.4 涨落与资用能 402

33.5 线性响应 404

33.6 关联函数 406

本章小结 411

拓展阅读 412

练习 412

第34章 非平衡热力学 413

34.1 熵产生 413

34.2 动理学系数 414

34.3 昂萨格倒易关系的证明 415

34.4 温差电 417

34.5 时间反演与时间之箭 422

本章小结 423

拓展阅读 423

练习 423

第35章 恒星 425

35.1 引力相互作用 426

35.1.1 引力坍缩和金斯判据 426

35.1.2 流体静平衡 427

35.1.3 位力定理 428

35.2 核反应 430

35.3 传热 431

35.3.1 光子扩散传热 431

35.3.2 对流传热 433

35.3.3 标度关系 434

本章小结 436

拓展阅读 437

练习 437

第36章 致密物体 438

36.1 电子简并压 438

36.2 白矮星 439

36.3 中子星 440

36.4 黑洞 443

36.5 吸积 444

36.6 黑洞和熵 444

36.7 生命、宇宙和熵 446

本章小结 446

拓展阅读 447

练习 447

第37章 地球大气 448

37.1 太阳能 448

37.2 大气的温度分布 449

37.3 辐射传输 451

37.4 温室效应 454

37.5 全球变暖 458

本章小结 460

拓展阅读 461

练习 461

附录 465

附录A 基本常数 465

附录B 有用的公式 466

附录C 有用的数学 470

C.1 阶乘积分 470

C.2 高斯积分 470

C.3 斯特林公式 472

C.4 黎曼ξ函数 474

C.5 多对数函数 476

C.6 偏导数 477

C.7 恰当微分 478

C.8 超球的体积 479

C.9 雅可比行列式 479

C.10 狄拉克δ函数 480

C.11 傅里叶变换 481

C.12 扩散方程的解 482

C.13 拉格朗日乘子 483

附录D 电磁波谱 485

附录E 一些热力学定义 486

附录F 热力学展开公式 487

附录G 约化质量 488

附录H 主要符号总表 489

参考文献 492

索引 496

英汉人名译名对照表 506

译后记 509