Applied Scanning Probe Methods pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer-Verlag Berlin and Heidelberg GmbH & Co. KG

作者:Bhushan, Bharat (EDT)/ Fuchs, Harald (EDT)/ Tomitori, Masahiko (EDT)

出品人:

页数:447

译者:

出版时间:

价格:1823.00元

装帧:

isbn号码:9783540740827

丛书系列:

图书标签:

• Scanning Probe Microscopy
• SPM
• AFM
• STM
• NSM
• Nanotechnology
• Surface Analysis
• Materials Science
• Physics
• Engineering

深入探究宏观世界背后的微观动力学：经典力学、热力学与统计物理学导论 本书聚焦于对物质世界基本规律的全面理解，从牛顿的经典宏观描述到微观粒子的统计行为，为读者构建一个完整、严谨的物理学知识体系。 本书旨在系统地阐述经典力学、热力学和统计物理学的核心概念、基本原理及关键数学工具。我们相信，要真正掌握现代物理学的复杂理论，必须首先对这些奠基性的领域有深刻的、直观的理解。全书结构清晰，逻辑递进，力求在保持学术严谨性的同时，兼顾学习的启发性和可操作性。 --- 第一部分：牛顿动力学与拉格朗日-哈密顿形式的优雅（经典力学） 本部分致力于重建和深化读者对经典力学的理解，从最基本的运动定律出发，逐步过渡到描述复杂系统的现代分析力学方法。 第1章：粒子动力学基础与运动定律的严格阐述 本章从对时空、质量和力的基本概念进行哲学和物理学层面的界定开始。详细分析牛顿三定律在各种参考系中的应用，重点探讨惯性系与非惯性系（如旋转参考系）中引入的虚拟力（科里奥利力和离心力）。我们通过大量的实际工程和天体运动案例，展示如何使用矢量分析和微积分工具精确求解一维、二维和三维运动问题。对动量守恒、角动量守恒定律的推导及其在刚体运动中的体现进行了深入探讨。 第2章：振动、波与谐振系统 振动是自然界中最普遍的现象之一。本章专门剖析简谐振子模型，包括无阻尼和有阻尼的线性系统。通过求解二阶常微分方程，读者将掌握如何计算系统的固有频率、衰减时间和品质因数。随后，我们将视角扩展到耦合振子系统，引入矩阵方法来确定系统模式和特征频率。最后，本章介绍了机械波的传播特性，包括相速度、群速度以及波的叠加原理。 第3章：分析力学的升华：变分原理与最小作用量 本章标志着从“力”的描述转向“能量”的描述，这是物理学思维的一次重大飞跃。我们将变分法引入物理学，详细阐述欧拉-拉格朗日方程的推导过程及其在保守系统中的强大威力。重点分析了速度和广义坐标的依赖性，并展示了如何处理约束（如拉格朗日乘子法）。此外，本章深入讨论了哈密顿正则方程的结构，解释了相空间的概念，并初步引入了泊松括号，为后续统计力学奠定数学基础。 第4章：刚体动力学与陀螺运动 刚体运动的复杂性源于其固有的自由度。本章定义了刚体的转动惯量张量，并使用主轴坐标系来简化描述。详细分析了欧拉角在描述空间定向中的作用，并推导了欧拉刚体运动方程。对进动、章动和自转现象进行了细致的分析，特别是陀螺仪在导航和稳定系统中的实际应用。 --- 第二部分：能量的流动与转换的法则（热力学） 本部分专注于宏观系统的能量、熵和平衡态的统计规律，这是理解自然界中所有不可逆过程的关键。 第5章：热力学基础与过程分析 本章开篇明确界定了热力学的基本概念：系统、环境、功、热和内能。系统地阐述了热力学第零定律（温度概念的引入）和第一定律（能量守恒在热过程中的体现）。通过对理想气体等简单系统的分析，读者将掌握比容、压力和温度之间的状态方程关系。本章详细分析了准静态过程和不可逆过程的区别，并引入了功和热的路径依赖性。 第6章：熵与热力学第二定律的深刻含义 熵是热力学中最抽象但最核心的概念。本章从克劳修斯不等式出发，严格定义了熵的增量，并阐述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）。我们将讨论卡诺循环作为理想热机的极限效率，以及制冷机、热泵的工作原理。通过分析焦耳-汤姆逊效应和热扩散等不可逆现象，深化对熵增原理在宇宙尺度上意义的理解。 第7章：热力学第三定律与系统的自由能 本章讨论了热力学第三定律（绝对零度不可达性）的物理意义。重点介绍利用热力学势（吉布斯自由能 $G$、亥姆霍兹自由能 $A$ 和焓 $H$）来判断化学和物理过程自发性的方法。详细推导了麦克斯韦关系式，并演示了如何利用这些关系式，从已知的热力学量推导出难以直接测量的量（如比热与热膨胀系数的关系）。 第8章：相平衡与化学热力学导论 本章将热力学原理应用于相变现象。详细分析了单组分系统的相图（如水的三相点），并运用克拉珀龙方程描述液-气和固-液相变平衡。对于多组分系统，引入了化学势的概念，并使用相律（吉布斯相律）来确定系统在平衡状态下的自由度。本章也初步触及化学反应的平衡常数与吉布斯自由能变化的关系。 --- 第三部分：从微观粒子到宏观现象的桥梁（统计物理学） 统计物理学是连接微观世界量子/经典行为与宏观热力学性质的桥梁。本部分着重于概率论在物理系统中的应用。 第9章：宏观量与微观状态的统计关联 本章引入概率论的基本概念，包括随机变量、概率分布函数。重点阐述了系综（Ensemble）的概念——微正则系综、正则系综和巨正则系综。通过对麦克斯韦-玻尔兹曼分布的推导，我们展示了如何利用概率方法计算单个分子的平均速度、平均动能等宏观可观测量。 第10章：经典统计物理学：玻尔兹曼分布与理想气体 本章集中于应用正则系综和玻尔兹曼统计来处理大量独立粒子的系统。详细推导了理想气体的配分函数 $Z$，并展示了如何从 $Z$ 出发，一步步恢复出气体所有的热力学量（内能、熵、压力）。重点分析了分子的能量均分定理及其在不同自由度上的应用。 第11章：量子统计：费米-狄拉克与玻色-爱因斯坦统计 随着量子力学的引入，粒子的全同性（不可分辨性）成为关键。本章区分了费米子和玻色子，并分别推导了费米-狄拉克（FD）分布和玻色-爱因斯坦（BE）分布。通过对这些分布函数的分析，深入探讨了费米子系统的低温特性（如费米能、电子在金属中的比热）以及玻色子系统的集体现象（如黑体辐射、光子气体、玻色-爱因斯坦凝聚的初步概念）。 第12章：应用与前沿：晶格振动与磁性系统 本章展示统计物理学的实际威力。首先，使用德拜模型处理晶体的声子（晶格振动量子）行为，解释低温下晶体比热的 $T^3$ 依赖性。其次，分析了顺磁性物质（如朗之万均匀磁化模型）和铁磁性物质（伊辛模型简介）中的磁序问题，展示了统计涨落如何导致宏观相变。 --- 本书特色： 概念的几何化与可视化： 强调相空间轨迹、能量面和统计分布图的重要性，帮助建立物理图像。 数学工具的融会贯通： 系统性地整合了微积分、微分方程、线性代数和概率论在物理学中的应用。 从连续到离散的过渡： 尤其注重经典力学向分析力学（连续变量）和热力学向统计物理学（离散概率）的严谨衔接。 本书适合作为大学物理系高年级本科生或研究生关于理论物理基础课程的教材或参考书。它不仅教授“如何计算”，更致力于阐明“为何如此”的深层物理原理。

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