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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Warren Stewart

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2006-12-5

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9780470047743

丛书系列:

图书标签:

• 传热学
• 传质学
• 流体力学
• 输运现象
• 化工工程
• 物理化学
• 流体流动
• 热量传递
• 质量传递
• 扩散现象

好的，这是一本名为《热力学与统计物理学导论》的图书简介： --- 热力学与统计物理学导论 导言：探寻物质世界的基本法则 《热力学与统计物理学导论》旨在为物理学、化学、工程学及材料科学等领域的学生和研究人员提供一个全面而深入的框架，用以理解宏观物质世界的运行规律及其微观基础。本书不仅清晰地阐述了热力学的基本公设、概念和应用，更深入剖析了统计力学如何从原子和分子的运动规律出发，成功地推导出宏观的热力学定律。 本书的编写力求平衡理论的严谨性与直观的物理图像，旨在培养读者运用热力学思维解决复杂问题的能力，并深刻理解能量、熵、平衡态等核心概念在自然界中的普适性。 --- 第一部分：经典热力学——宏观世界的基石 本部分聚焦于经典热力学，一个主要基于宏观可测量量（如温度、压力、体积）来描述系统的状态和能量转换的理论体系。 第一章：热力学系统与基本概念 本章首先定义了热力学系统、边界、环境，以及准静态过程、可逆过程和不可逆过程。我们详细讨论了状态函数（State Functions）与路径函数（Path Functions）的区别，奠定了分析热力学过程的基础。关键概念如温度（基于经验温标和热平衡的定义）被引入，为后续的量化分析做准备。 第二章：热力学第一定律——能量守恒的体现 本章的核心是能量守恒定律在热力学中的表达——第一定律。我们引入了内能（Internal Energy, $U$）的概念，并将其与功（Work, $W$）和热量（Heat, $Q$）联系起来，详细讨论了各种形式的功（体积功、表面功、电功等）。针对理想气体和真实气体的膨胀与压缩过程，我们提供了详尽的计算案例，并探讨了热容（Heat Capacity）的定义及其在等容和等压过程中的应用。 第三章：热力学第二定律——熵与过程的方向性 第二定律是理解自然界中过程方向性的关键。本章深入探讨了热力学第二定律的两种主要表述（克劳修斯和开尔文-普朗克表述）。我们引入了熵（Entropy, $S$）这一至关重要的状态函数，并论证了孤立系统中熵增原理。通过卡诺循环和卡诺定理的分析，读者将明确理解热机的效率极限。此外，本章还引入了热力学第三定律，确立了绝对零度下熵值的基准。 第四章：热力学第三定律与物质的能级 本章将热力学第三定律应用于实际计算，特别是如何确定物质在特定温度下的绝对熵值。我们探讨了热容的温度依赖性，以及如何利用热力学关系式（如麦克斯韦关系式）从一组容易测量的量（如 $P, V, T$）推导出其他难以直接测量的量（如 $left(frac{partial U}{partial V} ight)_T$）。 第五章：热力学基本方程与势函数 为了统一处理不同约束条件下的平衡问题，本章详细推导并应用了热力学四种基本势函数：内能（$U$）、焓（$H$）、亥姆霍兹自由能（$A$）和吉布斯自由能（$G$）。我们明确了每种势函数在特定等量约束下的最小判据，这对于化学反应的自发性预测和相变分析至关重要。特别关注了吉布斯自由能在等温等压条件下的核心地位。 第六章：化学热力学与相平衡 本章将热力学原理应用于化学系统。我们探讨了化学势（Chemical Potential）的概念，它衡量了在保持温度和压力恒定时，物质组分变化对系统自由能的影响。通过相律（Gibbs Phase Rule）的推导，我们分析了单组分和多组分系统的相图，并详细阐述了范特霍夫方程（Van't Hoff equation）和克劳修斯-克拉珀龙方程（Clausius-Clapeyron equation）在液-气和固-液平衡中的应用。 --- 第二部分：统计物理学——微观基础的桥梁 本部分构建了从微观粒子行为到宏观热力学现象之间的理论桥梁，即统计力学。它基于概率论和大量粒子运动的统计规律来解释热力学行为。 第七章：统计力学的基本原理与集合概念 本章引入了统计力学的基本假设，特别是“等概率假设”（Ergodic Hypothesis）。我们详细区分了不同的系综（Ensembles）：微正则系综（Microcanonical）、正则系综（Canonical）和宏正则系综（Grand Canonical）。通过这些系综，读者将学习如何将宏观热力学量与微观粒子的量子能级和占据概率联系起来。 第八章：正则系综与配分函数 正则系综是处理恒温系统的核心工具。本章的核心是配分函数（Partition Function, $Z$）。我们展示了如何从配分函数出发，精确地计算出内能、压力、熵以及自由能等所有热力学量。配分函数被视为连接微观结构和宏观观测的“生成函数”。 第九章：理想气体与玻尔兹曼统计 本章应用配分函数来分析最简单的模型——理想气体。我们推导了理想气体的状态方程，并再次通过微观模型验证了热力学第一和第二定律。在此基础上，我们详细讨论了玻尔兹曼统计（Maxwell-Boltzmann Statistics），重点分析了分子的速度分布——麦克斯韦速率分布，并解释了扩散和输运现象的统计基础。 第十章：量子统计力学：费米-狄拉克与玻色-爱因斯坦 随着温度降低或系统密度增加，经典统计的局限性显现。本章转向量子统计，探讨费米子和玻色子的行为。 费米-狄拉克统计 (Fermi-Dirac Statistics): 针对电子等费米子，我们引入了泡利不相容原理。重点分析了电子在金属中的行为，推导出费米能级（Fermi Energy）的概念，并解释了常温下电子对热容的贡献为何微乎其微。 玻色-爱因斯坦统计 (Bose-Einstein Statistics): 针对玻色子，我们讨论了粒子可以占据相同量子态的特性。本章的高潮是对玻色-爱因斯坦凝聚 (Bose-Einstein Condensation, BEC) 现象的深入分析，解释了在极低温下大量粒子涌入最低能级这一奇异宏观量子现象。 第十一章：固体与晶格振动 本章将统计力学应用于固体物理。我们使用晶格振动模型（谐振子阵列）来计算固体的热容。我们详细介绍了德拜模型 (Debye Model)，它成功地在低温下解释了热容与 $T^3$ 成正比的关系，修正了早期爱因斯坦模型的不足，展现了统计方法处理凝聚态系统的强大能力。 第十二章：辐射与黑体理论 本章专门处理电磁辐射的热力学。我们从玻色-爱因斯坦统计的角度，推导出普朗克黑体辐射定律，并解释了瑞利-金斯定律在短波段的失效和紫外灾难的解决。此外，我们还推导了斯特藩-玻尔兹曼定律，并讨论了光子气体作为一个无质量粒子系统的热力学特性。 --- 结语 《热力学与统计物理学导论》提供了一条从牛顿定律到宏观定律的完整逻辑链条。通过第一部分对现象的精确描述，以及第二部分对微观机制的深刻揭示，读者将建立起对物质世界能量转换和自发过程方向性的全面、深刻的理解。本书丰富的例题和习题设计，旨在强化读者的计算能力和理论分析能力。

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这本书的排版和插图质量，可以说是这个领域学术著作中的上乘之作。通常这类专注于严谨推导的教材，插图往往沦为简单的示意图，但这本书在这方面下了不少功夫。那些关于流线、温度梯度分布的二维剖面图，不仅清晰地标明了坐标轴和物理量，而且在色彩的运用上也恰到好处，能够直观地展示出梯度变化的大小和方向，极大地辅助了空间想象力的构建。此外，注释部分的处理也体现了编者的用心良苦。那些脚注往往不是简单的引用来源，而是提供了不同学派对同一问题的不同解释，或者指出了某个假设在特定条件下的局限性。这让阅读过程不再是单向的接受，而更像是一场与领域内诸多专家进行的跨时空对话。虽然我还没能完全啃完它，但可以肯定，这本书的参考价值是极其长远的，它不太可能在几年后就被新的版本替代，因为它所建立的是一套关于传输现象的、近乎普适的分析框架。

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坦白讲，这本书的阅读体验是相当“硬核”的，它更像是一本等待你用汗水去浇灌的工具书，而非咖啡桌上的闲谈资料。对于我这种已经有一定专业背景的人来说，它更像是一个精准的“知识校准器”。它提供了一种极度精确和一致的语言体系来描述自然界中物质和能量的传递规律，有效地统一了我过去在不同课程中学到的零散知识点。书中对守恒定律的阐述达到了近乎哲学的高度，作者似乎在试图挖掘这些定律背后最根本的物理意义。然而，这种深度也带来了一个副作用：阅读的节奏会被迫放慢。我发现自己经常需要暂停下来，反复阅读某个关键句达五六遍，才能真正抓住作者想要表达的那个微妙的物理约束条件。特别是涉及张量分析和更高维度描述的部分，如果读者没有经常接触这些数学工具，那么阅读体验可能会变得非常晦涩。总的来说，这本书要求读者投入大量的精力去“驯服”它，但一旦你掌握了它的核心逻辑，你会觉得对整个物理世界的理解都得到了升华。

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从一个经常需要进行跨学科合作的工程师的角度来看，这本书最大的价值在于它提供了一种“通用语言”。在我的工作中，经常需要与材料科学家、化学反应工程师进行沟通，而我们之间在描述能量或物质转移时，往往会因为术语习惯不同而产生摩擦。自从我开始系统地参考这本书的术语定义和符号约定后，这种沟通障碍明显减少了。作者对“通量”的定义极其严谨，区分了对流项、扩散项，并用统一的符号系统贯穿全书，这使得不同章节之间的知识可以平滑地迁移。这本书的结构更像是为建立一个大型模拟软件的理论基础而设计的蓝图。每一个章节的数学模型都像是一个可以被拆分和组合的模块。我特别欣赏它在讨论“耦合现象”时的处理方式，例如热电效应，作者并没有将其视为一个孤立的特例，而是将其嵌入到更宏大的不可逆过程理论框架中进行阐述，这种系统性的思维方式，对于解决实际工程中的复杂交叉问题，提供了坚实的理论后盾，避免了单纯“套用公式”的肤浅操作。

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这本书的封面设计着实吸引人，那种深沉的靛蓝色调配上烫金的字体，一股厚重的学术气息扑面而来，让人立刻就能感受到作者在内容深度上的野心。我刚翻开目录时，那种感觉尤其强烈，里面那些复杂的术语和精密的数学符号，仿佛在无声地宣告：“这不是一本可以轻松翻阅的消遣读物。” 它的篇章结构组织得极其严谨，从最基本的概念出发，逐步深入到复杂的系统分析，逻辑链条几乎找不到任何可以打断的地方。初读起来，需要极大的耐心去消化每一个定理的推导过程，作者并没有把推导过程简化，而是力求展现其严密性，这对于我这种希望透彻理解底层原理的学习者来说，无疑是一份厚礼。不过，话说回来，对于初次接触这个领域的读者，可能在第二章开始就会感到一定的压力，那些关于边界条件的讨论和偏微分方程的引入，确实要求读者具备扎实的数学基础。我个人花了大量时间去对比不同章节之间的联系，发现作者在构建知识体系时，始终遵循着从宏观到微观的渐进思路，这一点很值得称赞，它确保了即使在面对高度抽象的概念时，我们依然能找到一个可以锚定的实体概念。

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我不得不说，这本书在案例选择上的独到眼光，简直是教科书级别的典范。它没有局限于那些陈旧的、千篇一律的例子，而是引入了许多当代工程领域中极具挑战性的实际问题。比如，关于多孔介质中流体运动的章节，作者竟然用了一个篇幅来详细剖析了地热能开发过程中可能遇到的热量传输瓶颈，这远远超出了我对传统热力学教材的预期。这种“理论指导实践，实践反哺理论”的编写方式，极大地提升了阅读的趣味性和实用价值。每当我在学习一个新模型时，作者总会提供一个清晰的物理图像来辅助理解，而不是仅仅停留在公式的堆砌上。我尤其喜欢它在习题设计上的巧妙布局——基础题用来巩固概念，中等难度的用来测试公式应用，而最后那些被标记为“挑战”的题目，则常常需要综合运用好几章的知识才能解开，这种梯度设计非常科学，能够有效激发读者的探索欲望，让人在解决难题后获得巨大的成就感。

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