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第一章导论1

1.1 宏观描述方法与微观描述方法1

1.1.1 热学的研究对象及其特点1

1.1.2 宏观描述方法与微观描述方法1

1.2 热力学系统的平衡态2

1.2.1 热力学系统3

1.2.2 平衡态与非平衡态4

1.2.3 热力学平衡5

1.2.4 非平衡态的宏观描述6

1.3 温度与温度计6

1.3.1 温度6

1.3.2 热力学第零定律7

1.3.3 温标8

1.3.4 实用温度计简介12

1.4 物态方程15

1.4.1 物态方程16

1.4.3 混合理想气体物态方程17

1.5 物质的微观模型17

1.5.1 物质由大数分子组成18

1.5.2 分子热运动的例证——扩散、布朗运动与涨落现象19

1.5.3 分子间的吸引力与排斥力摩擦力22

1.6 理想气体微观描述的初级理论25

1.6.1 理想气体微观模型25

1.6.2 单位时间内碰在单位面积器壁上的平均分子数Γ≈nυ/626

1.6.3 理想气体压强公式 压强的单位换算28

1.6.4 温度的微观意义30

1.7 分子间作用力势能与真实气体物态方程32

1.7.1 分子间互作用势能曲线32

1.7.2 范德瓦耳斯方程35

1.7.3 昴内斯方程37

1.7.4 几种典型的分子作用力势能曲线38

选读材料1-1 范德瓦耳斯方程证明中的两个问题39

选1.1.1 b是分子固有体积的四倍的证明39

选1.1.2 器壁分子与气体分子间吸引力对气体压强不作贡献的解释40

思考题41

习题42

第二章分子动理学理论的平衡态理论46

2.1 分子动理学理论与统计物理学46

2.2 概率论的基本知识47

2.2.1 伽尔顿板实验47

2.2.2 等概率性与概率的基本性质48

2.2.2 平均值及其运算法则50

2.2.4 均方偏差51

2.2.5 概率分布函数51

2.3.1 分子射线束实验54

2.3 麦克斯韦速率分布54

2.3.2 麦克斯韦速率分布55

2.4 麦克斯韦速度分布59

2.4.1 速度空间59

2.4.2 麦克斯韦速度分布62

2.4.3 相对于υ？的(麦克斯韦)速度分量分布与速率分布 误差函数63

2.4.4 从麦克斯韦速度分布导出速率分布65

2.4.5 T=OK时金属中自由电子的速度分布与速率分布(费米球)65

2.5 气体分子碰壁数及其应用66

2.5.1 由麦克斯韦速度分布导出气体分子碰壁数及气体压强公式 简并压强66

2.5.2 泻流及其应用(热分子压差、分子束技术及其速率分布、同位素分离、热电子发射)69

2.6 外力场中自由粒子的分布·玻尔兹曼分布73

2.6.1 等温大气压强公式悬浮微粒按高度分布73

2.6.2 旋转体中悬浮粒子径向分布 超速离心技术台风、飓风、龙卷风75

2.6.3 玻尔兹曼分布76

2.7.1 理想气体的热容78

2.7 能量均分定理78

2.7.2 自由度与自由度数79

2.7.3 能量均分定理81

2.7.4 能量按自由度均分的物理原因82

2.7.5 能量均分定理用于布朗粒子83

2.7.6 能量均分定理的局限 自由度的冻结84

附录2-1 一些定积分公式85

选读材料2-1 地球大气壳层结构 大气逃逸与行星大气86

选读材料2-2 热辐射——分子动理论对光子气体的应用89

选2.2.1 光子主要特征89

选2.2.2 黑体辐射90

选2.2.3 光压91

选2.2.4 斯特藩-玻尔兹曼定律 基尔霍夫定律93

选2.2.5 太阳及地球表面温度的估计 温室效应95

选读材料2-3 子系温度与负温度97

思考题98

习题100

第三章输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论105

3.1 黏性现象的宏观规律105

3.1.1 层流与牛顿黏性定律105

3.1.2 泊肃叶定律？管道流阻109

3.1.3 斯托克斯定律？云、雾中的水滴110

3.2 扩散现象的宏观规律111

3.2.1 自扩散与互扩散 菲克定律111

3.2.2 看作布朗粒子运动的扩散公式－x2=2Dt114

3.3 热传导现象的宏观规律115

3.3.1 傅里叶定律115

3.3.2 热欧姆定律117

3.3.3 多孔绝热技术118

3.4.1 温室防辐射传热119

3.4 辐射传热119

3.4.2 空腔辐射传热 人体辐射热损失120

3.5 对流传热121

3.5.1 自然对流“大气环流”人的体温调节121

3.5.2 牛顿冷却定律 集成电路的散热122

3.5.3 热管124

3.6 气体分子平均自由程125

3.6.1 碰撞(散射)截面125

3.6.2 分子间平均碰撞频率126

3.6.3 气体分子间相对运动速率分布128

3.6.4 气体分子平均自由程129

3.6.5 化学反应动力学 催化剂与酶131

3.7 气体分子碰撞的概率分布132

3.7.1 气体分子的自由程分布133

3.7.2 气体分子碰撞时间的概率分布134

3.8.1 气体黏性系数的导出135

3.8 气体输运系数的导出135

3.8.2 气体热传导系数的导出138

3.8.3 气体扩散系数的导出139

3.8.4 与实验结果的比较140

3.9 稀薄气体中的输运过程141

3.9.1 稀薄气体的特征141

3.9.2 稀薄气体中的热传导现象、黏性现象及扩散现象143

选读材料3-1 量纲分析法简介146

选读材料3-2 耗散结构148

选3.2.1 贝纳尔对流 地幔对流148

选3.2.2 化学振荡150

选3.2.3 自组织现象151

选3.2.4 失稳、涨落、结构的出现152

选3.2.5 耗散结构与填平热力学与生物学问的鸿沟152

选3.2.6 激光与耗散结构153

思考题154

选3.2.7 协同论154

习题155

第四章热力学第一定律161

4.1 可逆与不可逆过程161

4.1.1 准静态过程161

4.1.2 弛豫时间163

4.1.3 可逆与不可逆过程164

4.2 功和热量166

4.2.1 功是力学相互作用下的能量转移166

4.2.2 体积膨胀功166

4.2.3 其它形式的功169

4.2.4 热量与热质说171

4.3 热力学第一定律172

4.3.1 能量守恒定律的建立172

4.3.2 内能定理174

4.4.1 定体热容与内能175

4.4 热容与焓175

4.4.2 定压热容与焓176

4.4.3 化学反应中的反应热、生成焓以及赫斯定律177

4.5 第一定律对气体的应用179

4.5.1 理想气体内能 焦耳实验179

4.5.2 理想气体的等体、等压、等温过程180

4.5.3 绝热过程181

4.5.4 大气温度绝热递减率185

4.5.5 气体声速公式188

4.5.6 多方过程189

4.6 热机194

4.6.1 蒸汽机与热机195

4.6.2 卡诺热机195

4.6.3 内燃机循环197

4.7.1 制冷循环与制冷系数201

4.7 焦耳—汤姆孙效应与制冷机201

4.7.2 焦耳—汤姆孙效应202

4.7.3 气体压缩式制冷机205

4.7.4 热泵型空调器207

选读材料4-1 宇宙膨胀与“反引力”力 宇宙论的标准模型 宇宙年龄207

思考题210

习题211

第五章热力学第二定律与熵216

5.1 第二定律的表述及其实质216

5.1.1 热力学第二定律的两种表述及其等效性216

5.1.2 利用两种表述判别可逆与不可逆218

5.1.3 利用四种不可逆因素判别可逆与不可逆220

5.1.4 第二定律实质 第二定律与第一、第零定律的比较 可用能221

5.2 卡诺定理222

5.2.1 卡诺定理223

5.2.2 卡诺定理的应用225

5.2.3 热力学温标227

5.3 熵与熵增加原理228

5.3.1 克劳修斯等式228

5.3.2 熵和熵的计算229

5.3.3 温—熵图233

5.3.4 熵增加原理234

5.3.5 热寂说237

5.3.6 “嫡恒增”与“能贬值”“最大功”与“最小功”238

5.3.7 第二定律的数学表达式239

5.3.8 熵的微观意义241

选读材料5—1 热力学第二定律的统计解释243

选5.1.1 玻尔兹曼关系的证明243

选5.1.2 热力学第二定律的微观解释244

选5.1.3 宏观状态与微观状态246

选5.2.1 信息与信息量248

选读材料5—2 熵与信息248

选5.1.2 信息熵249

选5.2.3 麦克斯韦妖250

选5.2.4 信息处理消耗能量的下限251

选读材料5—3 生命“赖负熵为生”251

选5.3.1 遗传密码 生物高聚物中的信息251

选5.3.2 生物中的负熵(流)252

思考题254

习题256

第六章液态与固态259

6.1 固体259

6.1.1 引言259

6.1.2 晶体和非晶体260

6.1.3 晶体的微观结构与对称性261

6.1.4 晶体的结合键263

6.1.5 晶体的热学性质267

6.1.6 晶体的力学性质271

6.1.7 晶体中的缺陷、扩散及气体吸收(贮氢合金)276

6.2 液体279

6.2.1 液体的微观结构279

6.2.2 液体的彻体性质282

6.2.3 水的结构与物理性质 水是生命之源284

6.3 液体的表面现象286

6.3.1 表面张力与表面能286

6.3.2 表面活性剂288

6.3.3 弯曲液面附加压强289

6.3.4 润湿与不润湿 毛细现象291

选读材料6-1 液晶295

选6.2.1 界面与表面298

选6.2.2 固体表面吸附298

选读材料6-2 固体的表面与界面298

选6.2.3 膜的功能300

选6.2.4 温差电现象 温差发电与温差电致冷300

选读材料6-3 非晶态302

思考题304

习题305

第七章相变308

7.1 气液相变308

7.1.1 气化和凝结308

7.1.2 真实气体等温线315

7.1.3 范德瓦耳斯等温线318

7.1.4 临界点 一级相变与连续相变 临界乳光321

7.2 固—液、固—气相变 相图325

7.2.1 固—液及固—气相变325

7.2.2 相图328

7.2.3 克拉珀龙方程331

选读材料7-1 液氦的超流动性及其相变335

选7.1.1 氦Ⅱ与氦Ⅰ间λ相变及4He相图335

选7.1.2 液氦的二流体模型337

选7.1.3 “零”黏性 热—机械效应与机械—热效应 它们间可逆转换违背第二定律吗?338

选7.1.4 3He—4He稀释制冷机341

思考题342

习题343

思考题、习题提示与答案346

参考书目359

附录361

(Ⅰ)书中有关数据的索引361

(Ⅱ)常用物理学常量361

(Ⅲ)有关地球、月球、太阳及部分行星、银河系、宇宙的数据362

索引364