Fundamentals of Equations of State pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Ghatak, Ajoy

出品人:

页数:384

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价格:$ 137.86

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isbn号码:9789810248338

丛书系列:

图书标签:

• Equations of State
• Thermodynamics
• Fluid Mechanics
• Chemical Engineering
• Physical Chemistry
• Statistical Mechanics
• Phase Equilibrium
• Energy
• Materials Science
• Transport Phenomena

《热力学基础：熵、能量与相变》 书籍简介 本书旨在为读者提供对热力学基本原理的深入、直观且严谨的理解。作为一门连接微观物理世界与宏观工程应用的桥梁学科，热力学是理解自然界中能量转化、物质状态变化以及系统平衡等核心问题的关键。本书摒弃了传统教材中可能存在的过度数学化或过于简化的倾向，力求在理论的深度和应用的广度之间找到一个完美的平衡点。 第一部分：热力学的基石与定律 第一章：热力学的基本概念与历史背景 本章首先界定了热力学研究的范围和核心概念，如系统（System）、环境（Surroundings）、边界（Boundary）的精确定义。我们将探讨宏观描述的必要性，区分平衡态与非平衡态，并引入热力学状态变量（如温度、压力、体积）与过程变量（如功、热量）的概念。随后，我们将回顾热力学的发展历程，特别是卡诺、焦耳、克劳修斯和开尔文等先驱者在建立经典热力学框架中所扮演的关键角色，为后续深入研究奠定坚实的哲学和历史基础。 第二章：温度的本质与热力学第零定律 温度作为衡量物质冷热程度的宏观量，其物理意义远超日常经验。本章深入剖析了温度的统计力学诠释，并严谨地阐述了热力学第零定律——热平衡的传递性。我们将讨论温度测量的实际挑战，并介绍不同温标（如摄氏温标、华氏温标和绝对温标）的建立依据及其相互转换。本章还将引入热容的概念及其在不同过程中的应用，为量化能量交换做准备。 第三章：能量的守恒：热力学第一定律 热力学第一定律是能量守恒定律在热力学系统中的具体体现。本章将详细推导内能（Internal Energy, $U$）的定义，并以微积分形式明确表述第一定律 $Delta U = Q + W$。我们将区分准静态过程和不可逆过程中的功（Work）的类型，如体积功、轴功、电功等，并计算在等温、等容、等压和绝热等基本过程下系统内能的变化。特别地，我们将探讨能量的耗散性，并为引入熵的概念铺垫。 第四章：不可逆性与熵的引入：热力学第二定律 第二定律是热力学的核心，它定义了过程的方向性。本章将从克劳修斯和开尔文的表述入手，阐述热量传递的自发方向。随后，我们将引入熵（Entropy, $S$）作为描述系统微观无序度或信息缺失的宏观函数。我们将严格推导克劳修斯不等式 $oint frac{delta Q}{T} le 0$ 以及 $Delta S ge 0$（孤立系统）的普适性。本章将详细分析熵增原理对所有自然过程的约束，并初步探讨热力学第三定律的意义——在绝对零度时纯净晶体的熵趋于零。 第二部分：热力学势与平衡条件 第五章：热力学状态函数的推导与关系 本章专注于构建一个完备的热力学描述体系。我们将定义和推导四大基本热力学势：内能（$U$）、焓（$H$）、亥姆霍兹自由能（$A$）和吉布斯自由能（$G$）。通过麦克斯韦关系式（Maxwell Relations）的系统推导，我们将展示这些势能函数之间的内在联系，并说明如何利用可测量的量（如比热、膨胀系数）来确定其他难以直接测量的热力学性质。 第六章：稳定性和平衡的判据 热力学势不仅仅是计算工具，更是判断系统稳定性和平衡状态的判据。本章将系统阐述在不同约束条件下（恒温恒容、恒温恒压等）的平衡条件：内能最小化、焓最小化、自由能最小化。我们将深入分析稳定平衡、亚稳态（Metastability）与不稳定平衡之间的区别，特别是吉布斯自由能在恒温恒压下的至高无上地位。 第七章：相平衡的热力学描述 相变是自然界中宏观性质突变的典型例子。本章利用热力学势的概念来分析多相平衡。我们将详细讨论克拉珀龙方程（Clapeyron Equation）在描述液-固、液-气相变平衡线上的应用，并推导克劳修斯-克拉珀龙方程（Clausius-Clapeyron Equation）在气液平衡中的形式。此外，我们将探讨多组分系统的化学势（Chemical Potential）及其在相图解释，如三相点和临界点的热力学意义。 第三部分：热力学在实际过程中的应用 第八章：气体热力学与理想/真实气体模型 本章回归到最常见的系统——气体。首先，我们将复习理想气体模型的局限性，并讨论气体在等温膨胀和压缩中的功和热传递计算。随后，我们将深入研究真实气体行为，重点介绍范德华（van der Waals）方程和其他更精确的彭-罗宾逊（Peng-Robinson）或苏-洛（Soave-Redlich-Kwong, SRK）状态方程的结构和应用。本章将展示如何利用这些方程来预测和理解气体在接近临界点时的非理想行为。 第九章：热力学在能量转化中的应用：热机与制冷循环 本章将热力学的抽象原理应用于工程实践的核心领域。我们将分析卡诺循环的理想效率，并以此为基准评估所有实际热机（如朗肯循环、布雷顿循环）的性能。接着，我们将转向制冷和热泵系统，推导性能系数（Coefficient of Performance, COP）的计算方法，并对比蒸汽压缩循环与吸收式制冷循环的优劣。本章强调了第二定律如何设定任何能量转化装置的理论最大效率极限。 第十章：化学反应的热力学基础 化学反应是物质能量重新排列的过程。本章引入了反应热、标准生成焓、和赫斯定律（Hess's Law）。我们将探讨温度对反应平衡常数的影响（范特霍夫方程），以及吉布斯自由能在判断反应自发性（$Delta G < 0$）中的决定性作用。本章也将触及电化学电池的热力学，通过能斯特方程（Nernst Equation）将电势与热力学势联系起来，展示能量转换的统一性。 结论：热力学的普适性与未来展望 本书的结论部分将总结热力学作为一门跨学科基础科学的地位，强调其在材料科学、环境科学、生物物理学等前沿领域的持续影响力。我们将简要回顾统计力学如何从微观层面为经典热力学提供更深层次的解释，并展望非平衡态热力学和信息论热力学在处理复杂、开放系统中的潜力。 本书的结构设计旨在引导读者从对“热”和“功”的直观感受，逐步过渡到对“熵”和“自由能”的深刻理解，最终能够熟练运用热力学工具解决复杂的科学和工程问题。

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《状态方程基础》这本书，给我的感觉是它的理论深度和广度都相当惊人。它不仅仅是一本教你如何使用的工具书，更是一本让你理解“为什么”的书。作者在阐述分子动力学模拟与状态方程的联系时，展现出了跨学科的视野，将微观的分子行为与宏观的热力学性质联系起来，让我对物质的本质有了更深刻的理解。他深入探讨了状态方程的统计力学基础，从玻尔兹曼分布到配分函数，层层递进，揭示了宏观热力学量的微观起源。书中对高压、高温条件下物质行为的讨论，以及对一些特殊体系（如聚合物、离子液体）状态方程的介绍，都让我眼前一亮。这些内容在许多常规教材中是很难找到的。作者并没有回避复杂的数学推导，而是将它们清晰地呈现出来，并且总是伴随着对其物理意义的解读，这使得我能够真正理解公式背后的逻辑。读完这本书，我感觉自己的思维方式得到了提升，对物理化学领域有了更宏观和深刻的认识。

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这本书给我留下的印象是它极强的实践导向性。对于我这样一个在实际工作中经常需要处理流体性质计算的人来说，《状态方程基础》简直是一本宝藏。《状态方程基础》的结构安排非常合理，它从最基础的理想气体状态方程开始，然后逐步引入更复杂的模型，为读者构建了一个清晰的学习路径。作者在讲解每个方程时，都会详细列出其应用范围和局限性，这对于我们选择合适的模型来解决实际问题非常有帮助。我尤其赞赏书中关于参数回归和模型优化的章节，作者详细介绍了如何利用实验数据来确定状态方程的参数，以及如何评估不同模型的预测精度。这些内容对于提高计算的准确性和可靠性至关重要。书中还包含了许多实际案例分析，例如如何利用状态方程来预测井口压力、分离塔性能等，这些案例都非常有针对性，能够直接应用于我的日常工作中。这本书的语言通俗易懂，即使是对于一些复杂的概念，作者也能用简洁明了的方式进行解释，让我能够轻松掌握。

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坦白说，《状态方程基础》这本书给我带来了很多意料之外的惊喜。它的叙述方式非常有吸引力，不是那种死板的教科书风格，而是带着一种探索未知的好奇心，引导读者一步步揭开物质状态方程的面纱。作者在引入自由基理论和非平衡态热力学中的状态方程应用时，让我看到了这个领域远不止于我们日常所理解的简单平衡态。他对量子效应在极低温下的状态方程影响的讨论，也展现了其研究的尖端性和前瞻性。书中对一些新兴的方程模型，如基于密度泛函理论的状态方程，进行了简要介绍，这为我对未来研究方向的探索提供了宝贵的启示。我特别喜欢作者在章节末尾提出的思考题，这些问题都非常具有启发性，能够促使我主动思考和深入钻研。这本书的排版设计也很出色，图表清晰，公式规范，阅读体验极佳。总而言之，这是一本能够激发热情、拓展视野、并且对学术研究非常有价值的著作。

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这本《状态方程基础》真是让我爱不释手！从第一页翻开，我就被它严谨的逻辑和清晰的论述深深吸引。作者并没有直接丢给我们一堆复杂的公式，而是循序渐进地引导我们理解状态方程的起源和发展。开篇对热力学基本原理的回顾，虽然看似基础，却为后续内容的展开打下了坚实的地基。我尤其欣赏作者在解释范德华方程时所采用的类比，将抽象的分子间相互作用力具象化，让我这个初学者也能迅速把握其核心思想。书中对各种经典状态方程，如Redlich-Kwong、Soave-Redlich-Kwong等，都进行了详尽的推导和分析，并且重点阐述了它们在不同应用场景下的优缺点。每介绍完一个方程，作者都会提供相应的例题，这些例题的设计非常巧妙，能够帮助我们巩固所学知识，并体会到不同方程的适用范围。更难得的是，作者并没有止步于理论推导，而是花了相当大的篇幅讨论了这些方程在实际工程中的应用，例如在石油化工、天然气处理等领域，这让我看到了理论联系实际的强大力量。整本书读下来，我感觉自己对状态方程的理解不再是浮于表面的记忆，而是真正理解了其内在的物理意义和数学本质。

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《状态方程基础》这本书，可以说是一次令人振奋的学术探索之旅。它不像某些教材那样枯燥乏味，而是充满了一种深刻的洞察力，带领读者深入到物质状态背后那错综复杂的相互作用之中。作者在探讨多组分体系状态方程时，展现出了极高的数学功底和物理直觉。他巧妙地引入了活度系数的概念，并将其与状态方程相结合，使得我们能够处理更加复杂的混合物行为。我特别着迷于关于临界现象和相平衡的章节，作者用生动的语言和精美的图示，将那些看似难以捉摸的相变过程阐释得淋漓尽致。他详细地讲解了如何利用状态方程来预测物质的临界点、沸点、露点等关键性质，这些信息对于化工过程的设计和优化至关重要。书中还涉及了一些更前沿的研究方向，比如对自由体积理论和团簇积分方法的介绍，虽然这些部分涉及的数学工具更加复杂，但作者的引导让我看到了未来研究的广阔前景。读完这本书，我感觉自己对化学工程中的许多核心问题都有了全新的认识，也激发了我进一步深入研究的兴趣。

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