Classical and Geometrical Theory of Chemical and Phase Thermodynamics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Weinhold, Frank

出品人:

页数:490

译者:

出版时间:2009-1

价格:1096.00 元

装帧:

isbn号码:9780470402368

丛书系列:

图书标签:

• Thermodynamics
• Chemical Thermodynamics
• Phase Equilibria
• Classical Thermodynamics
• Geometrical Thermodynamics
• Chemical Engineering
• Physical Chemistry
• Statistical Mechanics
• Equilibrium
• Thermodynamic Properties

《物质世界的秩序：从经典视角到几何洞察》 本书并非对“经典与几何化学及相热力学理论”的简述，而是旨在开启一段关于物质世界的深刻探索之旅，从宏观的经典力学原理出发，逐步深入到微观的几何结构所蕴含的普适性规律。我们将一同审视能量、熵、平衡态以及相变这些基本概念，理解它们如何共同编织出物质存在的宏伟图景，以及如何通过精确的数学语言来描绘和预测其行为。 第一部分：经典力学与物质基础 在旅程的起点，我们将回顾经典力学的基石——牛顿三大定律。这些定律不仅解释了宏观物体的运动，更是理解一切物质行为的出发点。我们不回避其局限性，但强调其在宏观尺度下的强大解释力，以及如何为后续的热力学理论奠定基础。 运动的定律与守恒原理： 从惯性、力与加速度的关系，到动量和能量的守恒。这些看似简单的原理，实际上是构建整个物理学大厦不可或缺的基石。我们将探讨功、能、势能的概念，理解能量在不同形式之间的转化，这为我们后续深入理解热力学中的能量传递和转化打下概念基础。 万有引力与宏观相互作用： 牛顿的万有引力定律揭示了物质之间普遍存在的吸引力，这是形成星系、行星乃至我们身边万物的重要驱动力。我们将分析引力如何影响天体的形成与运动，以及在更小的尺度上，这些微弱的吸引力如何累积成宏观现象。 经典力学的局限性与量子世界的曙光： 尽管经典力学取得了辉煌成就，但我们也需认识到其在描述原子、分子尺度下的不足。在触及量子力学概念之前，我们会简要提及黑体辐射、光电效应等经典理论无法解释的现象，为后续更精细的模型铺垫。 第二部分：热力学的宏伟框架 经典力学为我们提供了物质运动的“骨架”，而热力学则赋予了我们理解物质“状态”和“变化”的“血肉”。我们将深入探究热力学第一、第二、第三定律，以及零定律，理解能量、熵、温度、压力等核心概念的物理意义。 热力学第一定律：能量守恒在热过程中的体现： 我们将详细阐述内能、热量和功的概念，理解封闭系统、孤立系统和敞开系统的能量交换。不仅仅是简单的公式推导，更侧重于理解能量在化学反应、相变等过程中如何体现守恒，以及其在工程和工业中的广泛应用。 热力学第二定律：熵增原理与不可逆性： 这是理解自然界演化方向的关键。我们将深入探讨熵的概念，理解其作为“无序度”或“信息丢失”的度量。从可逆过程到不可逆过程，从理想情况到现实世界的复杂性，我们将分析熵增原理如何决定了能量转化的效率极限，以及它对宇宙演化的深远影响。卡诺循环作为理想热机的典范，将是理解这一定律的重要工具。 热力学第三定律：绝对零度与熵的极限： 这一定律为我们提供了理解熵的绝对值的参考点。我们将讨论绝对零度的不可达到性，以及在接近绝对零度时，物质的熵值趋于常数的物理意义，这与量子统计力学的观点紧密相连。 热力学零定律：温度的概念与测量： 虽然是热力学的基石，但零定律的重要性往往被低估。我们将探讨温度作为衡量物体冷热程度的宏观量，以及其在热力学平衡中的核心作用。 第三部分：自由能与化学平衡 热力学定律为我们提供了描述系统状态变化的宏观框架，而自由能的概念则将能量和熵有机地结合起来，成为判断过程自发性的关键判据。 吉布斯自由能与亥姆霍兹自由能： 我们将详细解析这两种自由能的定义及其物理意义。理解在恒温恒压条件下，吉布斯自由能的减小是过程自发性的驱动力；在恒温恒容条件下，亥姆霍兹自由能的减小则起着类似作用。 化学平衡的判据： 自由能的最小化原理直接导出化学反应达到平衡时的条件——吉布斯自由能的变化为零。我们将探讨平衡常数与自由能变化之间的定量关系，以及如何利用这一关系预测反应方向和程度。 化学势的概念： 作为“化学驱力”的度量，化学势在描述多组分系统和相平衡中至关重要。我们将深入理解化学势的概念，以及它如何在不同相之间传递，驱动物质的迁移和反应的进行。 第四部分：相变与相图的语言 物质的存在形式并非一成不变，相变是物质世界中普遍存在的现象。我们将从热力学的角度，理解不同相态（固、液、气、等离子体等）的形成、转化及其背后的能量驱动。 相变的驱动力：能量与熵的博弈： 我们将分析在不同温度和压力下，不同相态的自由能如何变化，以及自由能的最小化如何决定了物质所处的稳定相。例如，水在不同温度下，固态（冰）、液态（水）、气态（水蒸气）的自由能差异如何导致相变。 相图的构建与解读： 相图是物质世界状态的“地图”。我们将学习如何构建和解读相图，理解相界线、三相点、临界点等重要特征。相图不仅直观地展示了物质的相行为，更是理解材料科学、地质学等领域现象的关键工具。 相变的类型与动力学： 从一级相变（如熔化、沸腾）到二级相变（如铁磁性转变），我们将探讨不同相变的特征，以及相变过程中的形核与生长动力学。 第五部分：统计力学的基础：从微观到宏观的桥梁 尽管热力学提供了宏观描述，但其背后的微观机制仍需更深入的解释。统计力学正是这座连接微观粒子行为与宏观热力学性质的宏伟桥梁。 微观状态与宏观性质的关联： 我们将引入“微观状态”（microstate）和“宏观状态”（macrostate）的概念，理解大量的微观粒子组合如何形成一个可观测的宏观状态。 概率与统计的威力： 统计力学并非通过精确追踪每一个粒子的运动来预测宏观行为，而是通过概率和统计方法，利用大量粒子的平均行为来推断宏观性质。我们将探讨玻尔兹曼分布等统计分布，理解它们如何描述粒子在不同能量状态下的分布。 熵的统计力学解释： 统计力学赋予了熵一个更为清晰的微观解释——作为微观状态数量的对数。我们将看到，熵增原理在统计力学中源于概率的自然倾向。 第六部分：近似与模型：走向现实世界 在理解了基本原理之后，我们将探讨如何在实际问题中应用这些理论。 理想气体模型及其拓展： 理想气体模型是理解气体行为的起点。我们将学习其假设，并探讨凡得瓦尔方程等，如何描述真实气体的行为，以及在何种条件下理想气体模型能够很好地近似真实气体。 固体的模型：晶格振动与声子： 固体内部的原子并非静止不动，而是以晶格振动的形式存在。我们将接触到声子的概念，理解其如何与热容、热导率等宏观性质相关联。 液体理论的挑战： 液体比气体和固体更难精确描述。我们将简要介绍一些描述液体行为的近似方法和模型。 第七部分：超越经典：走向现代视角 在旅程的终点，我们将简要回溯，思考经典理论如何为现代物理学奠定了基础，并指出其在更广泛领域的应用前景。 从经典热力学到量子统计力学： 我们将简要提及量子力学如何修正了经典统计力学，从而解释了如费米-狄拉克统计和玻色-爱因斯坦统计等现象，这对于理解电子、光子等微观粒子的行为至关重要。 热力学在各学科的应用： 从材料科学、化学工程，到生物学、环境科学，甚至宇宙学，热力学原理无处不在。我们将通过一些例子，展示这些经典理论的普适性和强大生命力。 本书旨在提供一个系统性的视角，引导读者从宏观的经典力学原理出发，逐步深入到热力学、自由能、相变以及统计力学等核心概念。我们不追求数学上的极致严谨，而是侧重于概念的清晰理解和物理意义的深刻把握，最终帮助读者建立起对物质世界运作规律的全面认识。这并非仅仅是对现有知识的简单罗列，而是一次深刻的思考，一次对自然界基本秩序的追寻。

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