本書講述了熱本熱力學(xué)和統(tǒng)計力學(xué)，在寫作時把可讀性放在首位，并討論了絕大部分重要的應(yīng)用：氣體、液體、固體、磁體、熱機(jī)、化學(xué)反應(yīng)、玻色子和費(fèi)米子，等等。閱讀此書，讀者能夠理解熵、溫度這種基本概念的定義和運(yùn)算，并掌握如何解決概念上相對復(fù)雜的熱力學(xué)問題；同時，讀者也可以了解統(tǒng)計力學(xué)的基本概念，尤其是學(xué)會使用量子統(tǒng)計中*重要的計算和近似方法。本書可以幫助學(xué)生建立物理直覺，為更高級的教科書做好準(zhǔn)備。
目錄
譯序前言
第一部分基礎(chǔ)知識III V
1
第 1 章 熱物理學(xué)中的能量2
1.1 熱平衡 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
1.2 理想氣體 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
1.2.1氣體的微觀模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
1.3 能量均分定理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
1.4 功和熱 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
1.5 壓縮做功 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
1.5.1理想氣體的壓縮 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
1.6 熱容 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
1.6.1潛熱 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24
1.6.2焓 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
1.7 過程的速率 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
1.7.1熱傳導(dǎo) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
1.7.2理想氣體的熱導(dǎo)率 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
1.7.3黏度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
1.7.4擴(kuò)散 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
第 2 章 熱力學(xué)第二定律37
2.1 雙狀態(tài)系統(tǒng) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
2.1.1雙狀態(tài)順磁體 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
2.2 固體的愛因斯坦模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
2.3 有相互作用的系統(tǒng) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42
2.4 具有大量粒子的系統(tǒng) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
2.4.1非常大的數(shù)字 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
2.4.2斯特林近似 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46
2.4.3大 型 愛 因 斯 坦 固 體 的 重 數(shù) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
2.4.4重數(shù)函數(shù)的銳度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48
2.5理想氣體51
2.5.1單原子分子理想氣體的重數(shù)51
2.5.2相互作用的理想氣體54
2.6 熵56
2.6.1理想氣體的熵58
2.6.2混合熵60
2.6.3可逆和不可逆過程61
第 3 章 相互作用及其結(jié)果64
3.1 溫度64
3.1.1一個不實際的類比67
3.1.2現(xiàn)實世界的例子68
3.2熵和熱69
3.2.1預(yù)測熱容69
3.2.2測量熵70
3.2.3熵的宏觀解釋71
3.3 順磁73
3.3.1記號與微觀物理73
3.3.2數(shù)值解74
3.3.3解析解77
3.4機(jī)械平衡與壓強(qiáng)80
3.4.1熱力學(xué)恒等式82
3.4.2再談熵和熱83
3.5擴(kuò)散平衡和化學(xué)勢85
3.6總結(jié)與展望89
第二部分熱力學(xué)91
第 4 章 熱機(jī)與制冷機(jī)92
4.1 熱機(jī)92
4.1.1卡諾循環(huán)94
4.2制冷機(jī)96
4.3真實的熱機(jī)98
4.3.1內(nèi)燃機(jī)98
4.3.2蒸汽機(jī)101
4.4真實的制冷機(jī)103
4.4.1節(jié)流過程103
4.4.2氣體的液化106
4.4.3邁向絕對零度108
第 5 章 自由能與化學(xué)中的熱力學(xué)112
5.1自由能與可用功112
5.1.1電解、燃料電池和電池114
5.1.2熱力學(xué)恒等式118
5.2自由能與到達(dá)平衡的驅(qū)動力121
5.2.1廣延量與強(qiáng)度量122
5.2.2吉布斯自由能與化學(xué)勢123
5.3純凈物的相變125
5.3.1鉆石與石墨127
5.3.2克勞修斯-克拉珀龍關(guān)系129
5.3.3范德瓦耳斯模型134
5.4混合物的相變139
5.4.1混合物的吉布斯自由能139
5.4.2互溶混合物的相變143
5.4.3共晶系統(tǒng)的相變146
5.5 稀 溶液149
5.5.1溶劑與溶質(zhì)的化學(xué)勢149
5.5.2滲透壓151
5.5.3熔點與沸點153
5.6 化學(xué)平衡155
5.6.1固氮157
5.6.2水的解離159
5.6.3氧氣在水中的溶解161
5.6.4氫的電離162
第三部分統(tǒng)計力學(xué)164
第 6 章 玻爾茲曼統(tǒng)計165
6.1玻爾茲曼因子165
6.1.1配分函數(shù)168
6.1.2原子的熱激發(fā)169
6.2 平 均值171
6.2.1順磁173
6.2.2雙原子分子的轉(zhuǎn)動175
6.3能量均分定理178
6.4麥克斯韋速率分布180
6.5配分函數(shù)與自由能184
6.6組合系統(tǒng)的配分函數(shù)186
6.7再看理想氣體188
6.7.1配分函數(shù)188
6.7.2預(yù)測190
第 7 章 量子統(tǒng)計193
7.1吉布斯因子193
7.1.1例子：一氧化碳中毒194
7.2玻色子和費(fèi)米子196
7.2.1分布函數(shù)199
7.3簡并費(fèi)米氣體203
7.3.1溫度為零204
7.3.2較小的非零溫度208
7.3.3態(tài)密度210
7.3.4索末菲展開212
7.4黑體輻射216
7.4.1紫外災(zāi)難216
7.4.2普朗克分布216
7.4.3光子217
7.4.4對所有模式求和218
7.4.5普朗克譜219
7.4.6總能量221
7.4.7光子氣體的熵221
7.4.8宇宙背景輻射222
7.4.9從洞中逃離的光子225
7.4.10其他物體的輻射227
7.4.11太陽和地球228
7.5固體的德拜模型230
7.6玻色-愛因斯坦凝聚235
7.6.1真實世界中的例子239
7.6.2為什么會發(fā)生？240
第 8 章 相互作用粒子組成的系統(tǒng)245
8.1弱相互作用氣體245
8.1.1配分函數(shù)246
8.1.2集團(tuán)展開247
8.1.3第二維里系數(shù)250
8.2鐵磁體的伊辛模型254
8.2.1一維情況的解析解255
8.2.2平均場近似257
8.2.3蒙特卡羅模擬259
附錄 A 量子力學(xué)基礎(chǔ)267
A.1波粒二象性的證據(jù)267
A.1.1光電效應(yīng)267
A.1.2電子干涉269
A.2波函數(shù)270
A.2.1不確定性原理272
A.2.2線性獨(dú)立的波函數(shù)273
A.3具有確定能量的波函數(shù)274
A.3.1盒子中的粒子274
A.3.2諧振子276
A.3.3氫原子278
A.4角動量279
A.4.1分子的轉(zhuǎn)動280
A.4.2自旋282
A.5多粒子系統(tǒng)283
A.6量子場論284
附錄 B 數(shù)學(xué)結(jié)論286
B.1高斯積分286
B.2伽馬函數(shù)288
B.3斯特林近似290
B.4d 維超球體的表面積292
B.5量子統(tǒng)計中的積分293
推薦閱讀297
參考數(shù)據(jù)303
中文索引307
英文索引313
書單推薦
