《热学》

目录1

总论 热学的对象和研究方法1

第一章 温度5

§1.1平衡态5

§1.1.1平衡态5

§1.1.2状态参量7

§1.2温度9

§1.2.1温度的概念9

§1.2.2温标10

§1.3理想气体温标17

§1.3.1理想气体17

§1.3.2理想气体温标19

§1.4理想气体状态方程22

§1.4.1克拉珀龙方程22

§1.4.2门捷列夫-克拉珀龙方程23

§1.4.3混合理想气体的状态方程24

§1.4.4玻意耳定律25

习题30

第二章 热力学第一定律34

§2.1热力学第一定律的建立34

§2.2内能定理38

§2.2.1内能定理38

§2.2.2内能是状态函数41

§2.2.3从能量转化与守恒定律来看功与热量43

§2.3.1准静态过程47

§2.3热量和功的计算47

§2.3.2气体的平衡态和准静态过程的图示法，P—V图48

§2.3.3在准静态过程中功的计算49

§2.3.4在准静态过程中热量的计算热容51

§2.4理想气体的内能56

§2.5理想气体的几种热力学过程60

§2.5.1定容过程60

§2.5.2定压过程61

§2.5.3定温过程63

§2.5.4绝热过程64

§2.5.5多方过程66

习题80

第三章 热力学第二定律84

§3.1热机循环过程85

§3.2理想气体准静态卡诺循环90

§3.3致冷机96

§3.4技术上的循环98

§3.4.1兰金循环98

§3.4.2奥托循环99

§3.5热力学第二定律101

§3.6卡诺定理105

§3.6.1可逆过程与不可逆过程106

§3.6.2卡诺热机107

§3.6.3卡诺定理的证明108

§3.7卡诺定理的应用112

§3.7.1热机的热效率112

§3.7.2热力学温标115

§3.7.3任何均匀物质存在关系（？）T＝T（？）V-p117

§3.8宏观过程的不可逆性121

§3.8.1不可逆过程的方向性122

§3.8.2不可逆过程产生的后果的不可消除性123

§3.8.3宏观过程的不可逆性124

§3.8.4一切宏观不可逆过程是相互联系的124

§3.9熵129

§3.9.1熵129

§3.9.2关于熵的两点讨论133

§3.9.3熵增加原理142

§3.9.4理想气体的熵145

§3.9.5温熵图（T-S图）146

§3.10热力学第二定律的统计意义151

§3.11关于由热力学第二定律得出的热死说的论争158

习题161

第四章 气体分子运动论168

§4.1分子运动论的实验基础168

§4.1.1物质的分子、原子构造学说168

§4.1.2分子热运动170

§4.1.3分子力171

§4.1.4分子运动论的研究方法172

§4.2理想气体的压强174

§4.3统计规律性180

§4.3.1分子速率的测定180

§4.3.2统计规律性182

§4.3.3分布律，分布函数185

§4.3.4统计规律和涨落现象189

§4.4麦克斯韦速率分布律190

§4.4.1麦克斯韦速率分布律190

§4.4.2麦克斯韦速率分布律的应用195

§4.4.3附录：伽玛（Г）函数的定义及其性质201

§4.5麦克斯韦速度分布律204

§4.5.1麦克斯韦速度分布律204

§4.5.2麦克斯韦速度分布律的应用208

§4.5.3附录：麦克斯韦速度分布律的概率论导出法221

§4.6玻耳兹曼分布律224

§4.7能量均分定理228

§4.7.1能量均分定理228

§4.7.2理想气体的热容229

§4.7.3能量均分定理的成功与困难232

§4.7.4普朗克量子论233

§4.7.5理想气体热容的量子论236

§4.8负温度240

§4.9气体的三种输运过程及其宏观规律243

§4.9.1气体粘滞性243

§4.9.2气体热传导246

§4.9.3气体扩散248

§4.10分子碰撞和平均自由程252

§4.10.1分子碰撞频率252

§4.10.2平均自由程255

§4.10.3分子按自由程的分布257

§4.10.4关于平均自由程和碰撞频率的另一种求法259

§4.11.1气体粘滞性与动量输运263

§4.11气体三种输运过程的初级分子理论263

§4.11.2气体热传导与内能输运268

§4.11.3气体扩散与质量输运270

§4.11.4理论与实验的比较272

§4.12稀薄气体的性质277

§4.12.1稀薄气体的粘滞性和热传导277

§4.12.2稀薄气体的稳定条件278

§4.13分子力与范德瓦耳斯气体284

§4.13.1分子力的一般性质284

§4.13.2分子的体积是分子排斥力的效果286

§4.13.3分子碰撞是一个过程286

§4.13.4范德瓦耳斯气体模型288

§4.13.5范德瓦耳斯方程289

§4.14焦耳-汤姆孙效应300

§4.14.1焦耳-汤姆孙实验与分子力300

§4.14.2范德瓦耳斯气体的内能307

§4.14.3范德瓦耳斯气体的焦耳-汤姆孙效应308

习题315

第五章 固体和液体324

§5.1晶体及其点阵结构324

§5.1.1晶体和非晶体324

§5.1.2晶体的点阵结构327

§5.1.3晶体的缺陷330

§5.1.4晶体内粒子间的结合力335

§5.2固体的热学性质341

§5.2.1摩尔热容342

§5.2.2热传导344

§5.2.3热膨胀345

§5.2.4扩散350

§5.3液体和液晶354

§5.3.1液体354

§5.3.2液晶357

§5.4液体和固体的表面现象360

§5.4.1液体的表面张力现象360

§5.4.2表面张力系数363

§5.4.3表面自由能364

§5.4.4弯曲液面内外压强跃变368

§5.4.5液体与固体的接触——润湿现象372

§5.4.6毛细管现象373

§5.4.7表面活性物质，吸附作用376

§5.5压强、表面张力和润湿现象的分子理论383

§5.5.1流体内部压强的分子理论383

§5.5.2表面张力的分子理论388

§5.5.3润湿现象的分子理论392

习题395

第六章 相的平衡与转变400

§6.1相的概念400

§6.2单元系液气两相系统的平衡401

§6.2.1单元系液气两相系统的平衡条件401

§6.2.2相图、气化曲线403

§6.2.3分子运动论解释406

§6.2.4弯曲液面时的平衡条件410

§6.2.5饱和蒸气压与弯曲液面的关系411

§6.3.1单元系液气两相系统的等温转变416

§6.3单元系液气两相系统的转变416

§6.3.2蒸气和永久气体417

§6.3.3临界点419

§6.4单元系液气两相系统和范德瓦耳斯方程426

§6.4.1范德瓦耳斯方程与单元系液气两相系统426

§6.4.2亚稳态431

§6.4.3对应态定理432

§6.5相变热、克拉珀龙-克劳修斯公式434

§6.5.1相变热434

§6.5.2克拉珀龙-克劳修斯公式436

§6.5.3蒸气压方程438

§6.6.1沸腾443

§6.6沸腾、过热现象443

§6.6.2为什么液体在？（T＊）＝p时沸腾445

§6.6.3为什么液体在沸腾时停止变热450

§6.6.4过热现象451

§6.7单元系复相系统的平衡与转变455

§6.7.1单元系固液两相系统455

§6.7.2单元系固、液、气三相之间的平衡与转变，三相点457

§6.7.3单元系固相间的平衡与转变459

习题463

习题解答467

第一章467

第二章467

第三章469

第四章471

第五章476

第六章478

附录480

（一）重要物理常数480

（二）单位换算480

（三）密度480

（四）固、液体的比热容480

（五）气体的比热容480

（八）液体的体膨胀系数481

（九）不同温度下水和汞的密度（在1atm下）481

（十）压缩系数481

（七）固体的线膨胀系数481

（六）分子及原子的有效直径481

（十一）气体的粘滞系数482

（十二）液体的粘滞系数482

（十三）热导率482

（十四）范德瓦耳斯常数482

（十五）液体的表面张力系数483

（十六）冰、水的饱和蒸气压483

（十七）饱和水和饱和水蒸气的特性484

（十八）饱和蒸气压486

（十九）在1atm下物质的沸点和气化热486

（二十）在1atm下物质的熔点和熔解热487

（二十一）临界温度、临界压强、临界摩尔体积488

（二十二）元素的原子量489

索引491