普通物理学教程 热学PDF电子书下载

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 2

1.2 热力学系统的平衡态 4

1.2.1 热力学系统 4

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 7

1.3.1 温度 7

1.3.2 热力学第零定律 7

1.3.3 温标 9

1.4 物态方程 13

1.4.1 物态方程 13

1.4.2 体膨胀系数、压缩系数、压强系数热膨胀现象 14

1.4.3 理想气体物态方程 16

1.4.4 混合理想气体物态方程 18

1.5 物质的微观模型 18

1.5.1 物质由大数分子组成 19

1.5.2 分子热运动的例证——扩散、布朗运动与涨落 20

1.5.3 分子间的吸引力与排斥力 23

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平均分子数Г=？/6 27

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 31

1.6.5 气体分子碰壁数和p=nkT公式的简单应用 32

1.7 分子间作用力势能与真实气体物态方程 34

1.7.1 分子间相互作用势能曲线 34

1.7.2 分子碰撞有效直径、固体分子热振动、固体热膨胀 36

1.7.3 范德瓦耳斯方程 38

1.7.4 昂内斯方程 42

1.7.5 几种典型的分子作用力势能曲线 43

选读材料1.1 实用温度计简介 44

选读材料1.2 热膨胀现象 47

选1.2.1 岩石风化 47

选1.2.2 在古代热胀冷缩用于开山凿河 48

选1.2.3 伸缩缝 高速铁路中的无缝钢轨 48

选读材料1.3 天空中的涨落 49

选1.3.1 为什么天空是蓝色的？为什么日出日落时太阳是红色的？ 49

选1.3.2 光的散射 49

选读材料1.4 范德瓦耳斯方程中的b是分子固有体积的4倍的证明 50

思考题 51

习题 52

第二章 分子动理学理论的平衡态理论 57

2.1 分子动理学理论与统计物理学 57

2.2 概率论的基本知识 59

2.2.1 伽尔顿板实验 59

2.2.2 等概率性与概率的基本性质 60

2.2.3 平均值及其运算法则 61

2.2.4 均方偏差 63

2.2.5 概率分布函数 63

2.3 麦克斯韦速率分布 66

2.3.1 分子射线束实验 66

2.3.2 麦克斯韦速率分布 68

2.4 麦克斯韦速度分布 72

2.4.1 速度空间 72

2.4.2 麦克斯韦速度分布 75

2.4.3 相对于vp的（麦克斯韦）速度分量分布与速率分布·误差函数 76

2.4.4 从麦克斯韦速度分布导出速率分布 78

2.4.5 绝对零度时金属中自由电子的速度分布与速率分布（费米球） 79

2.5 气体分子碰壁数及其应用 80

2.5.1 由麦克斯韦速度分布导出气体分子碰壁数 80

2.5.2 气体压强公式的导出·简并压强 82

2.5.3 分子（原子）束技术与速率分布 83

2.5.4 热电子发射 85

2.6 外力场中自由粒子的分布·玻耳兹曼分布 86

2.6.1 等温大气压强公式·悬浮微粒按高度分布 86

2.6.2 旋转体中粒子径向分布·超速离心技术 88

2.6.3 玻耳兹曼分布 89

2.7 能量均分定理 90

2.7.1 理想气体热容 91

2.7.2 自由度与自由度数 92

2.7.3 能量均分定理 94

2.7.4 能量按自由度均分的物理原因 96

2.7.5 能量均分定理用于布朗粒子 97

2.7.6 能量均分定理的局限 自由度的冻结 98

2.7.7 固体的热容·杜隆-珀蒂定律 99

附录2.1 一些定积分公式 102

选读材料2.1 地球大气逃逸、月球和行星大气、太阳和太阳风、地球磁层 102

选2.1.1 地球大气逃逸 102

选2.1.2 月球大气 103

选2.1.3 行星大气 104

选2.1.4 太阳 106

选2.1.5 太阳风 107

选2.1.6 地球磁层——地球生命的第一把保护伞 108

选读材料2.2 同位素分离获得浓缩铀 109

选读材料2.3 子系温度与负温度 110

选读材料2.4 台风 飓风 龙卷风 112

选读材料2.5 热辐射——分子动理论对于光子气体的应用 113

选2.5.1 光子的主要特征 113

选2.5.2 热辐射 普朗克定律 黑体 114

选2.5.3 光压 116

选2.5.4 斯特藩-玻耳兹曼定律 118

思考题 119

习题 121

第三章 输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论 126

3.1 黏性现象的宏观规律 126

3.1.1 牛顿黏性定律 层流 湍流与混沌 126

3.1.2 泊肃叶定律·管道流阻 132

3.1.3 斯托克斯定律·云、雾中的水滴 134

3.2 扩散现象的宏观规律 135

3.2.1 菲克定律·自扩散与互扩散 135

3.2.2 看作布朗粒子运动的扩散公式x-2=2Dt 138

3.3 热传导现象的宏观规律 140

3.3.1 傅里叶定律·线性输运与非线性输运 140

3.3.2 热欧姆定律 142

3.3.3 多孔绝热技术 143

3.4 对流传热 144

3.4.1 自然对流 144

3.4.2 牛顿冷却定律·集成电路的散热 146

3.4.3 两相对流传热·热管 147

3.5 气体分子平均自由程 147

3.5.1 碰撞（散射）截面 148

3.5.2 分子间平均碰撞频率 149

3.5.3 气体分子间相对运动速率分布 151

3.5.4 气体分子平均自由程 152

3.6 气体分子碰撞的概率分布 153

3.6.1 气体分子的自由程分布 154

3.6.2 气体分子碰撞时间的概率分布 155

3.7 气体输运系数的导出 156

3.7.1 气体黏度导出 156

3.7.2 气体的热传导系数与扩散系数 159

3.7.3 与实验结果的比较 161

3.8 稀薄气体中的输运过程 163

3.8.1 稀薄气体的特征 163

3.8.2 稀薄气体中的热传导现象及黏性现象、扩散现象 164

选读材料3.1 量纲分析法简介 168

选读材料3.2 化学反应动力学 催化剂与酶 170

选读材料3.3 辐射传热 173

选3.3.1 基尔霍夫定律 173

选3.3.2 辐射传热 175

选3.3.3 太阳表面温度的估计 176

选3.3.4 温室减少热辐射 地球表面平均温度的估计 177

选3.3.5 空腔辐射传热 人体辐射热损失 179

选读材料3.4 温室效应 180

选读材料3.5 大气环流——大气中的自然对流传热 182

选读材料3.6 太阳能热水器 183

思考题 184

习题 185

第四章 热力学第一定律 189

4.1 可逆与不可逆过程 189

4.1.1 准静态过程 189

4.1.2 弛豫时间 191

4.1.3 可逆与不可逆过程 192

4.2 功和热量 194

4.2.1 功是力学相互作用下的能量转移 194

4.2.2 体积膨胀功 195

4.2.3 其他形式的功 197

4.2.4 热量与热质说 199

4.3 热力学第一定律 201

4.3.1 能量守恒与转换定律 201

4.3.2 内能定理 203

4.4 热容与焓 204

4.4.1 定体热容与内能 204

4.4.2 定压热容与焓 205

4.4.3 化学反应中的反应热、生成焓及赫斯定律 206

4.5 第一定律对气体的应用 208

4.5.1 理想气体的内能·焦耳实验 208

4.5.2 理想气体的等体、等压、等温过程 210

4.5.3 绝热过程 211

4.5.4 大气温度绝热递减率 216

4.5.5 气体声速公式 219

4.5.6 多方过程 221

4.6 热机 226

4.6.1 热机·蒸汽机 226

4.6.2 卡诺热机 228

4.6.3 内燃机循环 230

4.7 焦耳-汤姆孙效应与制冷机 235

4.7.1 制冷循环与制冷系数 235

4.7.2 焦耳-汤姆孙效应 236

4.7.3 气体压缩式制冷机 238

4.7.4 热泵型空调器 239

选读材料4.1 宇宙大爆炸与宇宙膨胀 241

选4.1.1 宇宙是有限的还是无限的？ 241

选4.1.2 爱因斯坦的静态宇宙模型 241

选4.1.3 宇宙膨胀、哈勃定律和宇宙大爆炸 242

选4.1.4 暗能量和暗物质 242

选4.1.5 宇宙年龄 244

选4.1.6 热宇宙模型 245

选读材料4.2 大气层结构和臭氧层 246

选4.2.1 大气层热层结构 246

选4.2.2 臭氧层——地球上生命的第二把保护伞 248

选读材料4.3 汽轮机 250

思考题 251

习题 253

第五章 热力学第二定律与熵 258

5.1 热力学第二定律的表述及其实质 258

5.1.1 热力学第二定律的两种表述及其等效性 258

5.1.2 利用两种表述判别可逆、不可逆 260

5.1.3 利用四种不可逆因素判别可逆、不可逆 262

5.1.4 热力学第二定律的实质·第二定律与第一定律、第零定律的比较·可用能 263

5.2 卡诺定理 264

5.2.1 卡诺定理·不可能性与基本定律 265

5.2.2 卡诺定理的应用 268

5.2.3 热力学温标 270

5.3 熵与熵增加原理 271

5.3.1 克劳修斯等式 271

5.3.2 熵和熵的计算 273

5.3.3 温-熵图 276

5.3.4 熵增加原理 278

5.3.5 热寂说 281

5.3.6 “熵恒增”与“能贬值”·“最大功”与“最小功” 282

5.3.7 热力学第二定律的数学表达式 283

5.3.8 熵的微观意义·玻耳兹曼关系 284

选读材料5.1 热力学第二定律的统计解释 288

选5.1.1 宏观状态与微观状态 288

选5.1.2 热力学第二定律的微观解释 290

选读材料5.2 熵与信息 292

选5.2.1 信息与信息量 292

选5.2.2 信息熵 294

选5.2.3 麦克斯韦妖 294

选5.2.4 信息处理消耗能量的下限 295

选读材料5.3 生命“赖负熵为生” 296

选5.3.1 遗传密码·生物高聚物中的信息·克隆技术 296

选5.3.2 生物中的负熵（流） 298

选读材料5.4 超流氦的喷泉效应，它违背热力学第二定律吗？ 299

选5.4.1 喷泉效应，它违背热力学第二定律吗？ 299

选5.4.2 液氦Ⅱ的超流动性 300

选5.4.3 液氦Ⅱ的二流体模型 300

选5.4.4 喷泉效应的解释 301

思考题 302

习题 304

第六章 物态与相变 306

6.1 物质的五种物态 306

6.1.1 引言 306

6.1.2 固态 307

6.2 液体 310

6.2.1 液体的微观结构 311

6.2.2 液体的彻体性质 313

6.3 液体的表面现象 315

6.3.1 表面张力与表面能 315

6.3.2 弯曲液面附加压强 317

6.3.3 润湿与不润湿·毛细现象 320

6.4 气液相变 324

6.4.1 相与相变 324

6.4.2 汽化和凝结 325

6.4.3 真实气体等温线 331

6.4.4 范德瓦耳斯等温线 335

6.4.5 临界点·一级相变与连续相变·临界乳光 338

6.5 固-液、固-气相变·相图 343

6.5.1 固-液及固-气相变 343

6.5.2 相图 346

6.5.3 克拉珀龙方程 349

选读材料6.1 超密态物质 353

选6.1.1 白矮星 353

选6.1.2 中子星 354

选6.1.3 黑洞 354

选读材料6.2 等离子体 354

选读材料6.3 液晶及液晶显示器原理 355

选读材料6.4 水的结构与物理性质·水是生命之源 359

选读材料6.5 表面活性剂 361

选读材料6.6 固体的表面与界面 362

选6.6.1 界面与表面 362

选6.6.2 固体表面吸附 363

选6.6.3 二维物理 膜的功能 364

选6.6.4 温差电现象·温差发电与温差电制冷 365

思考题 367

习题 369

思考题、习题提示与答案 373

参考文献 389

附录 390

（Ⅰ）书中所列表格的索引 390

（Ⅱ）常用物理学常量 390

索引 392