Thermodynamique statistique - Equilibre et hors équilibre - Cours, exercices et problèmes résolus pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Dunod

作者:Michel Le Bellac

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2001-06-01

价格:EUR 42.50

装帧:Broché

isbn号码:9782100050246

丛书系列:

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• Thermodynamique statistique
• Equilibre
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好的，这是一本关于热力学统计物理的教材的简介，专注于平衡态与非平衡态的理论基础、方法论以及具体应用，但不包含您提及的特定书目中的全部内容和结构。 --- 深入理解物质的微观世界：现代统计物理学原理与前沿进展 一部全面、深入且侧重于解决问题的统计力学参考书 本书旨在为物理学、化学工程、材料科学以及理论生物学等领域的研究人员和高年级学生提供一个严谨而全面的统计力学框架。它不仅仅是对经典热力学定律的微观基础进行复述，更着重于构建从分子动力学到宏观现象之间的桥梁，特别强调现代计算方法和前沿理论的结合应用。 第一部分：平衡态统计物理的基石 (Foundations of Equilibrium Statistical Mechanics) 本卷致力于奠定理解物质系统热力学性质的理论基础，从基本假设出发，系统地推导出关键的统计规律。 第一章：概率、信息与系综理论 本章首先回顾了处理大量粒子系统的数学工具，包括概率论的基本概念、熵与信息论的联系（如玻尔兹曼熵与香农熵的辨析）。随后，深入探讨了统计物理学的核心工具——系综理论。我们将详细阐述： 微正则系综 (Microcanonical Ensemble)：在固定能量和粒子数下系统的统计描述，重点分析能级密度和容积的计算方法，以及如何从该系综导出热力学量。 正则系综 (Canonical Ensemble)：引入配分函数（Partition Function）的概念，它是连接微观模型与宏观热力学性质的枢纽。通过配分函数的展开，我们将探讨亥姆霍兹自由能的计算。 大正则系综 (Grand Canonical Ensemble)：适用于粒子数不守恒的开放系统，重点讨论化学势的物理意义及其在化学平衡中的作用。 系综等价性 (Ensemble Equivalence)：严格论证在热力学极限下（$N o infty, V o infty, N/V$ 固定）不同系综之间的一致性，并讨论何时（例如在相变附近）需要警惕这种等价性的失效。 第二章：理想与近理想系统 本章将应用前述系综理论来解决具有解析解的理想模型，为处理更复杂的相互作用系统打下基础。 理想气体与玻尔兹曼统计：回顾经典理想气体的行为，计算其内能、压力和热容，并讨论如何将此模型推广到非均匀系统中的分布函数。 量子统计的引入：鉴于微观粒子的本征属性，我们必须引入量子统计。详细讨论费米-狄拉克（Fermi-Dirac）统计和玻色-爱因斯坦（Bose-Einstein）统计的数学形式，并分析它们的物理后果。 简并系统分析：深入研究在低温高密度下量子气体的行为，包括费米子的简并压力（如白矮星的支撑机制）和玻色子的玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）现象的理论描述。 第三章：相互作用系统与近似方法 现实世界中的物质系统不可避免地存在粒子间的相互作用。本章关注如何处理这些复杂的相互作用。 配分函数的迭代展开：引入维里展开（Virial Expansion）作为处理弱相互作用气体的系统方法，推导关键的维里系数及其与分子间势能的关系。 平均场理论 (Mean-Field Theory)：以范德华（van der Waals）方程为起点，系统阐述平均场近似的原理，包括其成功之处（如描述临界现象的定性行为）和局限性（如低估临界指数）。 晶格模型与相变：详细分析伊辛模型（Ising Model）在低维和平均场近似下的精确解与近似解。本节将探讨相变的基本概念、序参量以及朗道（Landau）的唯象有序理论。 第二部分：从微观到宏观：动力学与输运现象 (Dynamics, Fluctuation, and Transport Phenomena) 平衡态理论描述了系统的终态性质，但要理解过程的快慢、耗散以及涨落，必须引入时间依赖性和动力学描述。 第四章：时间演化、涨落与相关函数 本章从微观动力学出发，连接到可测量的宏观输运系数。 刘维尔方程与分子动力学：考察相空间中分布函数的演化，介绍Liouville方程及其在分子动力学模拟中的应用。 涨落与响应理论：引入涨落-耗散定理（Fluctuation-Dissipation Theorem）这一统计物理学的核心概念，阐明系统对外部扰动的响应与其内部的自发涨落之间的深刻联系。 平衡态下的弛豫：利用线性响应理论（Linear Response Theory），推导出诸如自相关函数（Autocorrelation Functions）的概念，并展示如何通过计算速度自相关函数来确定输运系数。 第五章：输运理论与不可逆过程 本章聚焦于系统如何从非平衡态弛豫回平衡态，并处理宏观输运方程。 玻尔兹曼输运方程 (Boltzmann Transport Equation, BTE)：这是处理稀薄气体或半导体中电子输运的强大工具。详细推导该方程，并讨论其积分形式、碰撞项的处理（如松弛时间近似）以及如何从BTE中恢复宏观方程（如傅里叶定律、菲克定律）。 连续介质近似与扩散：在更致密的系统中，转向基于守恒律的连续介质方法。深入讨论扩散方程（Fick定律的微分形式）、热传导方程以及质量守恒方程，并分析这些方程在边界条件下的解法。 线性输运系数：将输运方程与涨落-耗散定理联系起来，系统地导出热导率、扩散系数和电导率的统计力学表达式。 第六章：高级课题与计算方法 本卷的最后一部分将触及统计物理学的前沿应用和计算实现，确保读者能够掌握应对复杂问题的现代工具。 蒙特卡洛方法 (Monte Carlo Methods)：介绍 Metropolis 算法及其在配分函数采样中的应用，特别是如何克服高维积分的困难，用于计算相变附近的物理量。 分子动力学模拟 (Molecular Dynamics, MD)：详细讨论数值积分牛顿运动方程的算法（如 Verlet 算法），系统地探讨如何从 MD 轨迹中提取热力学量、结构信息以及输运系数。 相变与重整化群简介：对临界现象进行更深层次的探讨，引入重整化群（Renormalization Group）的基本思想，解释其如何提供对临界指数普适性的深刻理解，并讨论其在理解多尺度系统中的价值。 --- 本书特色： 1. 严谨性与启发性并重：每一个理论推导都基于坚实的数学基础，同时辅以大量的物理图像和直观解释。 2. 强调方法论：不仅教授“是什么”，更注重“如何做”，为学生提供解决实际问题的强大计算和理论工具包。 3. 现代视角：平衡态与非平衡态的讨论紧密结合，体现了统计物理学在处理动态过程和复杂系统中的前沿进展。 本书适合作为大学物理系高年级本科生或研究生高级统计力学课程的教材，也是任何希望深入掌握现代物理学核心理论的研究人员的必备参考书。

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这本书的语言风格，虽然是标准的学术法语，但其行文的流畅性和对复杂概念的清晰界定，着实令人赞叹。它并非那种晦涩难懂的“学者内部用语”，而是精心构建的、旨在“教授”而非仅仅“记录”的文本。作者在阐述核心原理时，倾向于使用清晰的类比和直观的图像来辅助理解，这一点在处理像相变或临界现象这类本质上依赖于尺度和涨落的课题时尤为有效。阅读时，我能明显感受到作者在试图站在学习者的角度，预判读者可能在哪里产生困惑，并提前给出多角度的解释和验证。这种教学上的细致入微，使得这本书非常适合作为研究生阶段深入研究的入门导论，或者对于希望从本科阶段的知识体系中跳脱出来，寻求更全面、更深入理解的物理专业人士来说，也是一本不可多得的宝藏。

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这部法文版的统计热力学教材，从我第一次翻开它到现在，已经成了我书架上最常被翻阅的参考书之一。它的覆盖范围之广令人印象深刻，绝不仅仅局限于我们传统课堂上接触到的那些基础概念，而是深入到了平衡态和非平衡态的广阔领域。尤其值得称赞的是，作者在构建理论框架时所展现出的那种严谨的逻辑推进，让人在学习过程中能够清晰地把握住每一个数学推导的来龙去脉，而不是仅仅停留在记住公式的层面。例如，它对系综理论的阐述，不仅仅是罗列出微正则、正则、巨正则系综的定义，更是细致地探讨了它们在不同物理情境下的适用性边界和转换条件，这对于想真正理解“统计”二字的读者来说，是无价的。我特别欣赏它在处理一些复杂模型时所采用的清晰的符号约定和详尽的步骤分解，即便是首次接触到像玻尔兹曼方程或线性响应理论这些稍显高深的课题时，也能感到作者的引导是如此的耐心和到位，几乎没有产生“卡壳”的感觉。这本书的价值在于，它能真正地将抽象的数学语言与微观粒子的涨落行为建立起坚实的桥梁。

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从排版和整体的阅读体验来看，这本书的处理也体现了编辑者的专业水准。虽然内容本身涉及到大量的张量和复杂的积分表达式，但整体布局的疏密得当，使得在长时间阅读后眼睛也不会感到过于疲劳。纸张的质量和装订也相当扎实，这对于一本需要频繁翻阅和携带的参考书来说，是必要的硬件保障。更让我感到贴心的是，作者在引入新的复杂概念时，总会穿插一些简短但精辟的历史背景介绍或物理直觉的阐述。这些“小插曲”虽然不是严格意义上的公式推导，却极大地增强了阅读的趣味性和连贯性。它避免了教材陷入纯粹的“公式堆砌”的枯燥境地，让读者能够感受到统计力学是如何一步步发展起来，并解决实际物理问题的。这种人文关怀与科学严谨性的完美结合，使得学习过程变得更为愉悦和高效。

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这本书的习题设计和解析部分，无疑是它区别于市面上其他同类教材的杀手锏。坦率地说，许多教材的习题只是对章节内容的简单重复，但这里的练习题显然经过了深思熟虑，它们往往是对核心概念进行拓展性思考的绝佳载体。我发现，很多题目不仅仅是要求计算某个特定系统的配分函数，而是引导你去探索参数变化对系统宏观性质的影响，甚至涉及一些前沿的研究方向的初步探讨。更令人欣喜的是，随书附带的详细解答。这些解答的详尽程度，几乎可以看作是一本独立的补充讲义。它不仅给出了最终答案，更重要的是，展示了从问题提出到最终结论的完整思维链条，对于自学者而言，这种“手把手”的指导至关重要，避免了因为某个中间步骤的疑惑而导致整个学习进度的停滞。通过攻克这些难题，我对熵的统计意义和自由能的物理内涵有了远超预期的理解深度。

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我对这本书在处理“非平衡态”部分的深度感到尤其满意，这在很多基础统计物理教材中常常被一带而过或处理得过于肤浅。这部作品显然是将非平衡态的分析提升到了一个与平衡态同等重要的地位来对待。它系统地介绍了诸如涨落、耗散理论以及与输运现象相关的微观模型。例如，对于布朗运动的讨论，它不仅停留在爱因斯坦关系的复述，而是深入探究了 Langevin 方程的随机特性及其在 Fokker-Planck 演化中的体现。这种层次感的构建，使得读者能够逐步从宏观的、基于现象学的描述，过渡到微观的、基于统计力学的机制解释。对我个人而言，理解这些非平衡过程的本质，是真正掌握统计物理学的关键一步，而这本书无疑提供了最清晰、最有力的工具集来完成这一跨越。

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