引言 1
1 热力学基本概念与基本规律 1
1.1 系统与状态描述 1
1.1.1 系统 1
1.1.2 热力学平衡状态及其描述 2
1.1.3 物态方程 3
1.2 热力学过程与系统内能 6
1.2.1 热力学过程 6
1.2.2 功的表示 7
1.2.3 内能 8
1.2.4 热量与热容量 9
1.3 热力学基本定律 11
1.3.1 热力学第零定律 11
1.3.2 热力学第一定律 13
1.3.3 热力学第二定律 13
1.3.4 热力学第三定律 14
1.4 熵的定义及热力学第二定律的数学表示 15
1.4.1 理想气体的卡诺循环 15
1.4.2 卡诺定理 热力学温标 17
1.4.3 克劳修斯不等式 20
1.4.4 熵的定义 21
1.4.5 热力学第二定律的数学表示 22
1.5 热力学基本微分方程 23
1.6 熵增加原理及过程判据 24
1.6.1 熵增加原理和熵判据 24
1.6.2 最大功定理和自由能判据 25
1.6.3 等温等压过程和吉布斯函数判据 26
1.6.4 均匀系的平衡条件与平衡的稳定性条件讨论 27
1.7 能斯脱定理与绝对熵 28
1.7.1 能斯脱定理 28
1.7.2 绝对熵 30
习题 31
2 均匀封闭系统的热力学性质 35
2.1 简单pVT系统的克劳修斯方程组与麦氏关系 35
2.1.1 克劳修斯方程组 36
2.1.2 麦氏关系 36
2.2 内能、焓和熵的确定 37
2.2.1 以T、V为独立变量时的内能表达式 37
2.2.2 以T、p为独立变量时的焓表达式 38
2.2.3 熵的微分表达式 39
2.2.4 热力学函数的确定条件 39
2.3 热力学函数法应用举例 40
2.3.1 一般均匀封闭系统的热容差关系 40
2.3.2 物质热力学量的特性分析 41
2.3.3 热力学量在过程中的变化特性讨论 41
2.3.4 系统热力学量的计算 42
2.3.5 物质的低温性质讨论 43
2.4 特性函数 44
2.5 气体膨胀的温度变化 47
2.5.1 节流过程 47
2.5.2 绝热膨胀过程 49
2.6 平衡辐射场 50
2.7 电介质与磁介质的热力学性质 54
2.7.1 电介质 54
2.7.2 磁介质 55
习题 57
3 复相系与多元系 61
3.1 多元系的热力学函数与热力学方程 61
3.2 复相平衡条件 65
3.3 吉布斯相律 67
3.4 化学平衡条件 68
3.5 相图 69
3.5.1 单元系的相图 69
3.5.2 二元系的相图 70
3.6 复相平衡的状态参量变化关系 73
3.6.1 单元系两相平衡时的温度、压强变化关系 73
3.6.2 二元系两相平衡时的温度、压强和摩尔数变化关系 75
3.7 气液状态的转变 77
3.8 液滴与气泡形成的条件 80
3.9 混合理想气体 84
3.9.1 混合理想气体的热力学量 84
3.9.2 混合理想气体的化学反应 86
3.10 平衡相变的分类 88
习题 90
4 非平衡态热力学 94
4.1 近平衡系统的热力学规律 94
4.1.1 熵流与熵产生 94
4.1.2 局域熵和熵密度产生率 95
4.1.3 昂萨格关系 99
4.1.4 最小熵产生原理 100
4.2 扩散与热扩散 102
4.2.1 扩散 102
4.2.2 热扩散 104
4.3 金属导电现象的热力学分析 106
4.3.1 欧姆定律 106
4.3.2 塞贝克效应 107
4.3.3 珀尔帖效应 108
4.3.4 汤姆逊效应 110
4.4 线性非平衡系统中的化学反应 111
4.4.1 化学反应的力和流 112
4.4.2 局域内各组元物质量的变化及化学反应的熵密度产生率 114
4.4.3 扩散与化学反应的定态耦合 116
4.5 非线性非平衡系统的热力学性质简介 117
习题 122
5 近独立子系统计理论 124
5.1 粒子运动状态的描述 124
5.1.1 粒子运动状态的经典描述 125
5.1.2 粒子运动状态的量子描述 126
5.2 系统微观运动状态的描述 129
5.3 分布及其包含的可能微观状态 131
5.3.1 分布 131
5.3.2 玻耳兹曼系统的微观状态数 132
5.3.3 玻色系统和费米系统的微观状态数 133
5.3.4 非简并性条件下三种微观状态数的关系 134
5.4 等概率原理与玻耳兹曼关系 135
5.4.1 概率 135
5.4.2 统计平均值 138
5.4.3 等概率原理 139
5.4.4 玻耳兹曼关系 140
5.5 玻耳兹曼统计 141
5.5.1 玻耳兹曼分布 141
5.5.2 配分函数及用其表示的热力学量统计公式 144
5.5.3 热力学量的其他计算方法 148
5.5.4 部分配分函数与部分热力学量 149
5.6 理想气体的基本热力学量 151
5.7 麦克斯韦速度分布律 157
5.8 能量均分定理 159
5.9 粒子能级有限系统热力学量举例 160
5.9.1 顺磁性固体 160
5.9.2 负绝对温度 163
5.10 玻色统计和费米统计 165
5.10.1 玻色分布和费米分布 165
5.10.2 玻色统计和费米统计中热力学量的统计公式 167
5.10.3 非定域量子气体粒子数分布和内能的微分表达式 170
5.11 几种典型量子气体系统的热力学性质 170
5.11.1 弱简并气体的热力学量 170
5.11.2 光子气体 172
5.11.3 金属中的自由电子气体 174
5.12 玻色—爱因斯坦凝聚 174
习题 184
6 系综理论 192
6.1 Γ空间 统计系综 统计平均值 192
6.2 微正则系综统计理论 196
6.3 正则系综统计理论 201
6.4 气体的物态方程 204
6.5 固体的热容量 208
6.5.1 杜隆—珀替定律 208
6.5.2 爱因斯坦热容公式 209
6.5.3 固体热容量的德拜理论 211
6.6 巨正则系综统计理论 215
习题 220
7 涨落与关联理论 224
7.1 准热力学涨落理论 224
7.2 布朗运动的朗之万理论 227
7.3 关联函数及布朗颗粒速度的时间关联 230
习题 234 236
8 非平衡态统计理论基础 236
8.1 BBGKY方程链 236
8.2 玻耳兹曼方程 240
8.3 H定理 244
8.4 细致平衡原理 247
8.5 金属的电导率 251
习题 254
附录一 Γ（1/2）的计算 257
附录二 ？的证明 259