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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:John T. Edsall

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1983-04

价格:USD 109.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471102571

丛书系列:

图书标签:

• 生物热力学
• 热力学
• 生物物理学
• 生物化学
• 能量转换
• 分子热力学
• 蛋白质
• 折叠
• 生物系统
• 热力学稳定性

《热力学基础与应用：从宏观到微观的统一视角》 作者：[此处填写作者姓名] 出版社：[此处填写出版社名称] 出版日期：[此处填写出版年份] --- 内容简介 《热力学基础与应用：从宏观到微观的统一视角》是一部全面、深入且高度聚焦于经典热力学原理及其在工程、化学和材料科学中实际应用的专著。本书旨在为读者构建一个坚实的热力学理论框架，使其不仅理解“是什么”（即基本定律和概念），更能洞悉“为什么”（即背后的统计力学基础和微观机制），从而能够灵活运用这些工具解决复杂的实际工程问题。 本书的结构设计遵循了从宏观现象描述到微观机理探究的逻辑递进路线，力求在传统热力学教学与现代科学需求之间架起一座坚实的桥梁。全书内容覆盖广泛，论述严谨细致，适合作为高等院校热力学、工程热力学、物理化学等课程的教材或参考书，同时也是科研人员和工程师深化专业知识的宝贵资源。 第一部分：宏观热力学的基石 本书开篇即详尽阐述了热力学的基本概念和定律，奠定了全书的理论基础。 第一章：热力学系统的基础描述 本章首先界定了热力学系统、边界、状态和过程等核心术语。重点讨论了热力学平衡的判据，强调了准静态过程和可逆过程的理想化重要性。对状态函数（如温度、压力、体积）与过程函数（如热量、功）进行了清晰的区分和量化描述。引入了理想气体模型作为分析的起点，推导了理想气体的状态方程及其在等温、等压、等容和绝热过程中的功、热量计算方法。 第二章：热力学第一定律的量化 第一定律被视为能量守恒在热力学领域的具体体现。本章深入探讨了内能的概念及其变化路径的无关性。系统地推导了第一定律在各种流动和非流动系统中的数学形式，包括封闭系统和流动系统（控制体分析）。详细讲解了机械功、非体积功（如电功、表面功）的计算，并结合能量平衡图（Sankey图）帮助读者可视化能量的输入和输出。对焦耳实验和焦耳-汤姆逊效应的经典实验进行了回顾，为后续的焓和比热容概念的引入做铺垫。 第三章：热力学第二定律与熵 熵的概念是热力学中最具挑战性也最核心的概念之一。本章从卡诺定理和热机效率的不可超越性出发，引入了克劳修斯不等式和熵的定义。详细讨论了熵在可逆和不可逆过程中的变化规律，强调了孤立系统中的熵增原理是判断过程方向的根本判据。本章还系统介绍了热力学第三定律，探讨了绝对零度的不可达性，并初步探讨了熵在信息论中的类比意义。 第四章：热力学第三定律与基本关系式 本章聚焦于利用熵和基本状态函数构建系统的热力学潜力。详细推导了亥姆霍兹自由能（F）和吉布斯自由能（G）的定义及其物理意义——分别代表等温定容和等温定压下的最大有用功。全面讲解了麦克斯韦关系式的推导及其在通过易于测量量来确定难测量量中的应用。通过比热比和膨胀系数的组合，展示了如何精确计算各种状态函数的微小变化。 第二部分：工程应用与循环分析 在奠定理论基础后，本书将重点转向热力学定律在实际工程系统中的应用，尤其是能量转换的效率分析。 第五章：工程中的热力学循环 本章系统分析了蒸汽动力循环、燃气轮机循环以及制冷循环。对朗肯循环（Rankine Cycle）进行了细致的剖析，讨论了过热、再热、回热对效率和性能的影响，并结合实际的蒸汽表进行计算练习。燃气轮机部分，深入分析了布雷顿循环（Brayton Cycle），探讨了压气机和涡轮的效率对整个系统的影响。制冷循环方面，详细介绍了蒸汽压缩制冷循环和反向卡诺循环，强调了性能系数（COP）的意义。 第六章：气体与混合物的热力学性质 本章处理了比理想气体更复杂的气体系统。详细阐述了真实气体的状态方程，包括范德华方程、维里方程等，并引入了压缩因子（Z）的概念来衡量偏离理想行为的程度。在气体混合物方面，深入讨论了道尔顿分压定律、拉乌尔定律在理想溶液中的应用，并引入了逸度（Fugacity）的概念来处理高压或真实气体混合物的化学势问题，这是化学反应平衡分析的关键。 第七章：化学反应的热力学 本章将热力学定律延伸至化学领域。详细解释了化学反应的焓变（标准反应热）、吉布斯自由能变（$Delta G$）及其温度依赖性（范特霍夫方程）。重点阐述了化学平衡常数（K）与吉布斯自由能的关系，解释了温度、压力对平衡位置的移动影响（勒夏特列原理的量化表达）。此外，还引入了反应的熵变分析及其在判断反应自发性中的核心作用。 第三部分：从微观视角理解热力学 本书的第三部分是其特色所在，它通过引入统计力学的基础概念，为宏观热力学现象提供了微观的、概率性的解释。 第八章：统计热力学导论 本章作为连接经典热力学与量子统计的桥梁，首先介绍了统计力学的基本假设，包括等概率原理和系综理论（微正则系综）。重点阐述了宏观状态与微观状态之间的桥梁——玻尔兹曼熵公式 $S = k ln W$，解释了熵的微观本质是系统无序程度的度量。 第九章：分子模型与宏观性质的关联 本章利用统计力学的方法推导了理想气体的性质。通过配分函数（Partition Function）的概念，展示了如何从分子的能量分布（平动、转动、振动能级）计算宏观的热力学量，如内能、定容热容和压力。详细讨论了玻尔兹曼分布在不同能级粒子分布中的应用，从而解释了温度的统计意义，并为理解真实气体的分子间作用力奠定了基础。 总结与展望 《热力学基础与应用：从宏观到微观的统一视角》致力于提供一个连贯且深刻的热力学理解体系。它不仅教授如何应用热力学定律求解工程问题，更致力于揭示这些定律背后的统计根源。通过严谨的数学推导和丰富的工程实例，本书旨在培养读者运用热力学思维分析和解决跨学科复杂问题的能力。全书对理论深度和应用广度进行了精妙的平衡，是热力学学习的全面指南。 --- 全书特点： 体系严谨： 严格遵循热力学基本定律的逻辑顺序，确保概念的无缝衔接。 强调统一性： 致力于在宏观经典热力学与微观统计力学之间建立清晰的联系。 注重应用： 大量结合工程实例，如现代燃气轮机、制冷技术和化学反应过程，增强学习的实用性。 计算详尽： 包含大量的例题和习题，并详细展示了利用实际热力学数据表（如水/蒸汽表）进行精确计算的步骤。

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这本书的独特之处在于它对“时间”维度在热力学框架下的整合。它没有将生物过程视为静态的平衡状态，而是着重分析了系统如何穿越非平衡态，如何维持暂时的有序性。我最喜欢的部分是关于生物膜结构的热力学稳定性和渗透性的讨论，那部分内容完美地展示了曲率、电势和化学势是如何协同作用以维持细胞活力的。作者在解释速率限制和平衡常数差异时所采用的对比分析法极为有效，它清晰地展示了酶催化剂如何在不改变最终平衡的情况下，极大地加速到达平衡的速度。这种对“过程”而非“结果”的关注，是这本书区别于其他基础读物的核心。它更像是为生物物理学家和系统生物学家准备的深度工具箱，里面装满了用于拆解和理解生命机器运作的精确计算方法和概念框架。总而言之，这是一部需要反复研读的巨著，每一次重读都会揭示出之前遗漏的微妙关联和更深层次的物理约束。

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这本书简直是为那些对生命过程中的能量转化和物质交换有着深层次好奇心的人量身定制的。我花了大量时间沉浸在其中，才得以窥见其复杂而精妙的构建。作者似乎拥有一种罕见的洞察力，能够将那些看似抽象的热力学定律，用一种极其贴合生物体实际运作的方式展现出来。阅读过程中，我不断地被那些巧妙设计的案例所震撼，比如细胞膜上的离子泵如何以近乎完美的效率驱动物质运输，或者光合作用系统中能量捕获与储存的微妙平衡。这本书的论述结构非常严谨，从最基础的熵增原理出发，逐步深入到更复杂的酶促反应动力学和系统水平的稳态维持。它不仅仅是知识的堆砌，更像是一幅宏大的蓝图，清晰地勾勒出生命得以存在的物理和化学基础。特别是关于非平衡态热力学的讨论，那部分内容对我理解生物系统的动态特性起到了关键性的启发作用。这本书的价值在于，它成功地架起了一座桥梁，连接了看似遥远的物理化学领域与生机勃勃的生命科学前沿。对于任何希望超越表象，探究生命本质的科研人员或高级学生来说，这本书无疑是一本不可或缺的案头必备。

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我必须承认，阅读这本书是一个挑战，但它带来的回报是巨大的。它对“功”的定义在生物背景下的延展性令人叹服，它不仅讨论了宏观的机械功，还深入探讨了信息处理中的“信息功”，这绝对是前沿的视角。书中对代谢网络的耦合与解耦机制的分析，简直是一场精彩的工程学演示。它细致地剖析了生物体如何在能量梯度可能不足以驱动特定过程时，通过巧妙的中间步骤（如磷酸化循环）来“绕过”热力学限制，确保生命活动的连续性。这本书的语言风格偏向于严谨的科学论述，几乎没有多余的修饰，每一个句子都承载着精确的定义和推论。对于那些已经具备一定化学背景，但希望系统性地将热力学原理应用于复杂生物分子机制分析的读者，这本书的价值难以估量。它迫使你跳出传统生物学的范畴，用物理定律的视角去重新审视生命现象，这种思维模式的转换是真正意义上的“突破”。

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老实说，我最初拿起这本厚重的书时，内心是有些忐忑的，因为它标题的组合听起来就意味着高强度的脑力劳动。然而，一旦翻开第一章，那种扑面而来的清晰感就消除了我的疑虑。这本书的叙事节奏掌握得极其出色，它懂得何时应该放慢脚步，用详尽的图示和类比来巩固关键概念，又懂得何时应该加速，将多个复杂机制融合成一个统一的框架。我特别欣赏它对“自由能”概念的反复强调和多角度诠释，这让原本拗口的化学计量学变得生动起来。比如，书中对ATP水解驱动力的阐释，不是简单地给出一个ΔG值，而是通过模拟细胞内代谢网络中能量的流动路径，让读者真切感受到能量是如何被“管理”和“分配”的。它对实验验证方法的介绍也十分到位，这让理论不再是空中楼阁，而是有坚实的实验数据作为支撑。这本书的深厚之处在于，它教导的不是“是什么”，而是“为什么是这样”，这种对底层原理的深挖，让读者在面对新的生物学难题时，能够迅速地从热力学角度建立初步的假设框架。对于希望深入理解生物过程机制，而不是满足于描述性知识的学习者而言，这本书提供的思维工具是无价的。

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这本书的排版和图文结合达到了教科书的最高水准，这一点值得单独称赞。大量的专业图表并非简单的信息展示，而是经过精心设计的教学辅助工具。我注意到，许多关键的热力学曲线和反应自由能剖面图，都使用了对比鲜明的配色和清晰的标注，即便是初次接触这些复杂图形的人也能迅速抓住重点。更妙的是，作者似乎总能在关键的转折点插入一些历史性的注释，简要提及某个理论是如何被发现和完善的，这为冰冷的技术性描述增添了一丝人文色彩。我阅读时，感觉自己像是在一位经验丰富、耐心十足的导师的带领下，一步步攀登知识的高峰。它在处理系统稳定性和随机性之间的辩证关系时尤为精彩，成功地平衡了决定论和概率论在生物系统建模中的作用。这本书的风格是那种不卑不亢的权威感，它不试图用花哨的语言来取悦读者，而是依靠内容的扎实和逻辑的严密性来赢得尊重。读完后，你会有一种强烈的满足感，仿佛对生命系统的运转原理有了一种全新的、更深刻的敬畏。

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