理论物理 第5册 热力学、气体运动论及统计力学PDF电子书下载

第一部分 热力学 3

第1章 引论 3

1．1 一些巨观的观念：平衡态，温度，热力学第零定律 3

1．1．1 物理系统 3

1．1．2 平衡态 3

1．1．3 态函数 3

1．1．4 热力学第零定律 4

1．1．5 温度 4

1．1．6 态函数与非态函数 6

1．2 一些巨观的系数 8

1．2．1 等压（isobaric，或isopiestic）变迁：膨胀系数α 9

1．2．2 等容积（isochoric，或isopycnic，或isosteric）变迁：压力系数β 9

1．2．3 等温（isothermal）变迁：压缩系数κ 9

1．2．4 体积弹性系数B（bulk modulus） 9

1．3 外延量与内含量（extensive and intensive quantity） 10

习题 11

第2章 热力学第一定律 12

2．1 第一定律：能之守恒 12

2．2 第一定律的应用：气体的比热 12

2．3 焓 15

2．4 绝热过程：比热Cp，CV 18

2．5 第一定律于热力化学之应用 20

2．5．1 物态的变迁 20

2．5．2 溶解及稀释 21

2．5．3 化学反应 21

2．5．4 周环的过程 21

第3章 热力学第二定律 23

3．1 可逆及不可逆过程 23

3．1．1 气体的绝热压缩及膨胀 24

3．1．2 气体的等温压缩及膨胀 24

3．1．3 气体的“自由膨胀” 25

3．1．4 热的传导 25

3．1．5 摩擦生热 25

3．1．6 气体扩散 25

3．2 热力学第二定律 25

3．3 Carnot循环过程 26

3．4 绝对温度标 27

3．5 熵 29

3．6 可逆的绝热过程，δQ=0，dS=0 31

3．7 熵与第二定律 32

3．8 气体扩散混合之熵改变 36

3．9 热力学函数与第二定律 38

3．9．1 热力学函数及微分关系 38

3．9．2 第二定律 42

3．10 第二定律的应用 43

3．11 Joule-Thomson实验——冷却机原理 47

3．12 磁性 49

3．12．1 顺磁性物体，如稀有土属原子，氧O2，N02分子等 50

3．12．2 铁磁性，如铁，镍，钴等 51

3．12．3 磁比热 52

3．12．4 以绝热消磁化（demagnetization）产生低温度法 54

附录 热力学函数 55

习题 57

第4章 热力平衡 60

4．1 热力平衡的条件 60

4．2 外力场下的热力平衡 62

4．3 相转变 65

4．3．1 第一阶相转变 68

4．3．2 第二阶相转变 71

4．4 相转变——van der Waals气体 73

4．5 Gibbs之相定则 76

4．6 化学反应平衡——质量作用定律 82

4．6．1 质量作用定律 82

4．6．2 Van’t Hoff反应等压式 85

4．6．3 Braun-Le Chatelier原理 85

4．6．4 Van’t Hoff反应等体积式 86

4．7 光谱之恒星分类——Saha氏理论 87

第5章 第二定律之Carathéodory氏式 90

5．1 积分因子（integrating factor） 90

5．2 积分因数存在之条件：几何解释 93

5．3 Carathéodory之热力学第二定律 95

5．4 △S≥0 98

第6章 第三定律 100

习题 103

第二部分 气体运动论 107

第7章 气体运动论 107

7．1 气体的压力，温度，动能 107

7．2 能之等分配定律 110

7．3 平均自由径，移动率 115

7．4 均功定理，气态方程式 118

7．5 分子速度分布——MaxWell分布 121

附录 van der Waals气体方程式 124

第8章 Boltzmann方程式及H定理 128

8．1 Boltzmann方程式 128

8．2 Boltzmann方程式之不可逆性——H定理 131

8．3 平衡态 133

8．4 H定理，热力学与不可逆性 135

习题 140

第9章 气体之热传导，黏性及扩散 143

9．1 输运现象 143

9．2 热之传导 145

9．3 黏性 146

9．4 扩散 148

9．5 其他不可逆过程 151

第10章 Brownian运动 152

10．1 Fokker-Planck方程式 152

10．2 J.Perrin（1908年）作两个实验，不仅证实上述理论，且首次量得Avogadro数N之值 154

10．3 Langevin的方法 155

第11章 Boltzmann方程式之解：输运系数 157

11．1 气体运动方程式 157

11．2 Boltzmann方程式之解：Chapman，Enskog法 161

11．3 Boltzmann方程式——若干基本问题 167

11．3．1 高密度气体的问题 167

11．3．2 起伏的问题 168

11．3．3 Boltzmann方程式的基础 168

第12章 气体之运动——统计理论 170

12．1 Liouville方程式及系综 170

12．2 Bogoliubov，Born，Green，Kirkwood，Yvon方程式系 173

12．2．1 参数ξ之选择 174

12．2．2 气体 175

12．3 B-B-G-K-Y方程式之解：多时标方法 177

12．4 游离体的运动方程式 180

第13章 不可逆热力学引论 186

13．1 熵之产生，热传导 186

13．2 热电现象 189

13．2．1 Peltier效应 189

13．2．2 Thomson效应 189

13．2．3 Seebeck效应 190

13．2．4 Seebeck效应与Peltier效应 190

13．2．5 Peltier效应，Thomson效应与Seebeck效应 191

13．3 不可逆热力学——热电现象 193

13．4 Onsager互易关系 196

第14章 几率，Markov过程与不可逆性 198

14．1 Markov过程 198

14．1．1 无规过程 198

14．1．2 稳定无规过程 198

14．1．3 Gauss稳定无规过程 199

14．1．4 有条件的几率 199

14．1．5 Markov过程 199

14．1．6 稳定Markov过程 200

14．2 起伏散逸关系，Brownian运动 201

14．3 几率与时间的矢向——不可逆性 203

14．4 “主方程式” 206

习题 208

第三部分 统计力学 211

第15章 几率引论 211

15．1 几率观念 211

15．2 几率，平均值 212

15．3 连续变数之几率 215

15．4 中心极限定理 217

15．5 起伏现象——几率计算之简单应用 219

15．5．1 气体密度起伏 219

15．5．2 折光率与密度起伏 220

15．5．3 原子核之α衰变 221

15．5．4 Shot效应 221

习题 221

第16章 统计力学——Maxwell-Boltzmann理论 224

16．1 分子密度之分布 225

16．2 速度的分布问题——几率与熵 228

16．3 “最可能态”：μ空间法 230

16．4 Maxwell-Boltzmann统计力学——Γ空间法及Ergodic假定 236

16．5 统计力学与不可逆过程 240

16．6 几率与热力学 241

16．7 总结 246

16．7．1 几率观念与热力学观念的关系 246

16．7．2 统计力学的力学部分 246

习题 247

第17章 Darwin及Fowler平均值法 249

17．1 平均值 249

17．2 Darwin-Fowler法与热力学 253

习题 257

第18章 统计力学——系综理论 258

18．1 Gibbs之系综理论 259

18．l．1 微正则系综（microcanonical ensemble） 259

18．1．2 正则系综（canollical ensemble，亦称macrocanonical ensemble） 261

18．1．3 大正则系综（grand canonical ensemble） 262

18．2 系综理论，热力学熵定律及气体运动论之H定理 266

18．3 微正则系综与热力学 269

18．4 正则系综与热力学 270

18．4．1 平衡态系 270

18．4．2 两个系之合并 273

18．4．3 起伏 276

18．5 大正则系综 278

18．5．1 热力函数 278

18．5．2 起伏 279

18．5．3 Gibbs之佯谬 281

18．6 MaxWell-Boltzmann，Darwin-Fowler，Gibbs三种统计力学 281

习题 282

第19章 Boltzmann，Bose-Einstein及Fermi-Dirac统计 285

19．1 引言 285

19．2 Bose统计——黑体辐射Planck公式 287

19．3 Bose-Einstein统计 288

19．4 Fermi-Dirac统计 290

19．5 三种统计的关系——L.Brillouin法 292

19．6 简并系统 293

19．6．1 弱简并：γ<0，eγ<<1 295

19．6．2 强简并之B-E气体（γ=0谓为完全简并） 295

19．6．3 爱因斯坦凝结 296

19．6．4 强简并之F-D气体，γ>>1 297

19．7 金属中之电子、原子分子中之电子 300

19．8 量子统计对金属输运性质之应用 303

19．9 量子统计对电热现象之应用 309

19．9．1 Thomson效应 309

19．9．2 Seeback效应 310

19．9．3 Peltier效应 312

习题 313

第20章 量子统计与量子力学 314

20．1 引言 314

20．2 F-D统计 316

20．3 8-E统计 319

20．4 Boltzmann统计 320

第21章 微观的可逆性与巨观的不可逆性 321

21．1 导言 321

21．2 热力学第零定律 322

21．3 巨观观点的几率性及不可逆性 323

21．4 由微观描述至巨观描述：收缩法 324

索引 328