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出版者:未定义出版社

作者:HOLMAN

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2004-01-01

价格:165.00元

装帧:

isbn号码:9780071226219

丛书系列:

图书标签:

• 传热学
• 热传递
• 工程热物理
• 传热现象
• 热交换器
• 对流传热
• 传导传热
• 辐射传热
• 热分析
• 传热计算

《热力学第一定律：能量的循环与转化》 这是一本深入探索热力学第一定律的著作，它揭示了宇宙中最基本、最普遍的规律之一——能量守恒。本书不仅仅是一次抽象理论的梳理，更是一次对能量在各种物理、化学及工程过程中扮演核心角色的深刻解析。作者以清晰的逻辑、丰富的实例和严谨的推导，带领读者一步步理解能量如何转化、传递，以及在封闭或开放系统中如何保持总量不变。 第一章：热力学基石——能量的概念与形式 本章将从能量最基础的定义出发，阐述其作为一种衡量能力或状态的物理量。我们会区分动能、势能、内能、机械能、电能、化学能等多种能量形式，并探讨它们之间的相互转化机制。重点将放在内能上，详细介绍内能与温度、体积、相态等宏观参数之间的关系，为后续章节奠定坚实的基础。我们会借助分子动理论的视角，理解宏观内能变化在微观层面的表现，即分子动能和分子间势能的变化。此外，本章还将引入功和热这两个与能量传递密切相关的概念，区分它们的性质和计算方法，为理解热力学第一定律做好铺垫。 第二章：热力学第一定律的普适性——能量守恒的庄严宣告 本章是本书的核心，我们将对热力学第一定律进行详尽的阐述。公式 $Delta U = Q - W$ 将被反复提及，但更重要的是对其内涵的深度挖掘。我们将解释 $Delta U$（系统内能的变化）、$Q$（系统吸收或放出的热量）和 $W$（系统对外做的功或外界对系统做的功）的准确含义和正负号约定。本书将重点关注几种典型的过程，如等容过程、等压过程、等温过程和绝热过程，深入分析在这些过程中，热量、功和内能的变化是如何遵循能量守恒的。例如，在等容过程中，系统对外不做功（$W=0$），所有吸收的热量都转化为内能的增加；在等压过程中，系统对外做功，吸收的热量一部分转化为内能，一部分用于做功。我们将通过严谨的数学推导，展示这些过程的能量变化规律，并辅以生活中的常见例子，如蒸汽机的工作原理、锅炉加热等，帮助读者建立直观的理解。 第三章：功的计算与能量传递——从机械功到非机械功 本章将聚焦于“功”的概念，并将其拓展至热力学系统中的多种表现形式。我们首先回顾机械功的定义，如体积功（$W = int P dV$），并详细解析其计算方法。但本书的重点在于更广泛的“功”的概念，包括但不限于电功、化学功、表面张力功等。我们将探讨这些非机械功在能量转化中的作用，以及它们如何被纳入热力学第一定律的框架。例如，在电化学电池中，化学能如何转化为电能；在加热过程中，电能如何转化为热能。我们会讨论功的路径依赖性，以及如何通过功的积累来计算整个过程中的能量变化。 第四章：热量的传递机制——传导、对流与辐射的协同作用 虽然热力学第一定律描述的是能量的总量守恒，但理解能量的具体传递方式对于分析实际问题至关重要。本章将深入探讨热量传递的三种基本方式：传导、对流和辐射。我们会分别解析每种传递机制的物理原理，例如，传导是物质内部微观粒子振动和碰撞能量的传递，其速率与材料的导热系数、温差和几何形状有关；对流是流体（液体或气体）的宏观运动带动热量传递，包括自然对流和强制对流；辐射是电磁波形式的能量传递，不依赖于介质。本书将重点分析这三种机制在不同场景下的相对重要性，以及它们如何协同作用影响能量的分布和转化。我们将通过案例研究，如建筑物的保温隔热、散热器的设计、太阳能的利用等，来展示热量传递理论的实际应用。 第五章：开放系统与封闭系统的能量平衡——变化的舞台 本章将深入探讨热力学系统分类对能量分析的影响。我们将清晰界定封闭系统（没有物质交换，只有能量交换）和开放系统（既有物质交换，又有能量交换）。对于封闭系统，热力学第一定律以 $Delta U = Q - W$ 的形式表现。而对于开放系统，情况则更为复杂，需要考虑进入和离开系统的物质所携带的能量。我们将引入焓（$H = U + PV$）的概念，它在等压过程中尤为有用，简化了对开放系统的能量分析。本书将分析稳态流动过程（如连续流动的反应器、涡轮机、泵等）中的能量平衡方程，并演示如何利用这些方程来计算能量的输入和输出。 第六章：内能、焓与比热——物质属性的量化 本章将聚焦于描述物质热力学状态的关键属性：内能和焓，以及它们与温度的关系——比热。我们将详细定义比热容（定容比热 $C_v$ 和定压比热 $C_p$），并解释它们如何衡量物质在温度升高单位时所需的能量。本书将阐述比热容的温度依赖性，以及在不同相态下比热容的差异。通过引入内能和焓的函数形式，如 $U(T, V)$ 和 $H(T, P)$，并结合偏微分，我们会推导出内能和焓的变化与比热的关系。对这些物质属性的量化理解，是精确计算能量变化的基础。 第七章：实际应用案例分析——能量守恒在工程中的显现 本章将通过一系列实际的工程案例，生动地展示热力学第一定律的应用。我们将分析： 动力机械： 蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机等如何通过燃烧燃料产生热能，再将其转化为机械功。详细解析其能量流程图，分析能量损失的原因。 制冷与空调系统： 冰箱、空调如何利用制冷剂的相变循环，将热量从低温区域转移到高温区域，理解其工作原理中的能量平衡。 化工过程： 化学反应过程中的能量变化，如放热反应和吸热反应，以及如何通过能量守恒原理控制反应温度和效率。 能源转换与储存： 太阳能发电、风力发电、电池储能等现代能源技术的能量转化过程。 环境工程： 气候变化中的能量平衡，如温室效应导致的地球能量收支变化。 这些案例将引导读者将理论知识应用于解决实际问题，体会热力学第一定律的强大威力。 第八章：第一定律的局限性与未来展望——认识能量转化的方向 虽然热力学第一定律描述了能量的守恒，但它并没有告诉我们能量转化的方向，以及过程中是否存在不可逆性。本章将简要提及热力学第二定律的引入，为理解能量转化过程的效率极限和服务方向奠定基础。同时，本书也会展望第一定律在更前沿领域的应用，如纳米尺度下的能量传递、生物体内的能量代谢等，展示其作为基础科学原理的持久生命力。 通过本书的学习，读者将能够深刻理解能量在宇宙中的普遍存在和运行规律，掌握分析和计算热力学过程中能量变化的方法，并能将这些知识应用于解决各种工程和科学问题。这是一次关于能量的全面而深入的探索之旅。

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这本书的语言风格有一种沉稳而又富有哲思的力量感。作者的遣词造句精确到位，很少有晦涩难懂的行话，即使是面对高深的理论，他也能用一种近乎散文般的清晰和优雅来阐述。阅读起来，不仅是在吸收知识，更像是在与一位学识渊博的长者进行深入的对话。他并不急于灌输结论，而是引导读者一步步去推导、去领悟。这种“教而非授”的写作手法，让人在心悦诚服的同时，也产生了强烈的自我探索的欲望。我在阅读过程中多次停下来，反复咀嚼某些段落的精妙之处，因为它们不仅解释了“是什么”，更深层次地探讨了“为什么会是这样”。这种对事物本质的探究精神，贯穿始终，使得这本书的价值远远超出了普通参考手册的范畴，更像是一部关于思维方式的指南。

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这本书的封面设计简直是一场视觉盛宴，那种深邃的蓝色调，配上一些似乎在流动和变化的图形元素，立刻就抓住了我的眼球。我本来只是在书店随便翻阅，但一看到这个设计，就忍不住想拿起来看看。内页的纸张质感也相当不错，拿在手里有一种沉甸甸的、扎实的感觉，这让我对里面内容的期待值又提高了不少。装帧工艺看起来非常考究，每一页的裁切都非常精细，显然是经过了精心打磨的。从整体的观感来说，它给人一种既专业又充满艺术气息的混合感觉，绝不是那种冷冰冰的工具书可以比拟的。我甚至觉得，即便是把它放在书架上作为装饰品，也是一件非常赏心悦目的摆设。书脊的设计也很有匠心，字体排版既清晰又大气，即便是从侧面看，也能感受到它蕴含的某种深度和力量。整体而言，单从物质形态上，它已经赢得了我极高的评价，让人忍不住想要立刻打开它，去探寻它内部究竟藏着怎样一番乾坤。这无疑是一本在细节处见真章的好书。

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这本书的叙事节奏把握得极其精准，读起来就像是跟随一位技艺高超的指挥家在聆听一场宏大的交响乐。它不会让你感到任何突兀或松散的地方，每一个章节的过渡都自然得像是呼吸一样流畅。有些技术性书籍读起来常常让人昏昏欲睡，但这本书完全没有这个问题。作者似乎深谙如何将复杂的信息巧妙地编织进引人入胜的叙事脉络中。我记得有一次，我本来计划只读一个小时，结果完全沉浸其中，不知不觉就读到了深夜。书中的案例分析部分尤其精彩，它们不是孤立的理论堆砌，而是如同一个个精心雕琢的微型故事，生动地展示了各种原理是如何在实际环境中发挥作用的。这种阅读体验极大地降低了学习的门槛，让那些原本可能令人望而却步的概念，变得清晰可触。阅读的过程本身就是一种享受，它考验着你的专注力，同时也以其内在的逻辑美感给予丰厚的回报。

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我得说，这本书的图文配合达到了一个令人惊叹的平衡点。很多专业书籍中，插图往往是潦草的、难以辨认的线条图，或者就是大量冗余的文字描述。但在这里，每一张图表都像是为理解某个特定概念量身定制的视觉辅助工具。它们不仅准确无误地描绘了过程和结构，其美学设计也达到了一个极高的水准。色彩的运用克制而有效，复杂的系统被分解成易于理解的模块，且图注清晰明了，几乎不需要反复查阅旁边的文字就能领会其意图。更重要的是，作者似乎懂得“留白”的艺术，没有将整个页面塞满信息，使得读者的视觉负荷大大减轻，从而能更专注于吸收核心知识。我曾花了好一段时间专门去研究其中关于流程建模的那几张大型插图，那种清晰度和层次感，简直可以拿去作为教学范例使用。这表明作者在内容创作之余，对视觉传达的理解也非同一般。

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这本书最让我欣赏的一点是它所展现出的那种跨越学科边界的广博视野。它并非仅仅局限于某一个狭隘的领域，而是巧妙地将多个相关的知识体系融汇贯通，形成了一个更加宏大和全面的知识框架。我注意到，作者在论述某个核心原理时，会不经意地引用到一些来自物理学、材料科学甚至早期工程史的观点作为佐证。这种融会贯通的能力，极大地拓宽了我原有的知识边界，让我看到了不同学科之间那些隐藏的、深刻的联系。读完之后，我感觉自己看待问题的方式都有了一定的提升，不再是孤立地看待技术难题，而是能够将其置于一个更广阔的背景下去审视。这种构建知识体系的深度和广度，是市面上许多同类读物所欠缺的，它真正做到了启发思考，而不是仅仅提供答案。

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