Transport Phenomena Fundamentals pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Plawsky, Joel L.

出品人:

页数:857

译者:

出版时间:

价格:1003.00 元

装帧:

isbn号码:9781420062335

丛书系列:

图书标签:

• 传热学
• 传质学
• 流体力学
• 输运现象
• 工程热物理
• 化学工程
• 物理化学
• 流体动力学
• 扩散
• 热量传递

好的，这是一份关于一本名为《热力学与统计物理学基础》的图书简介，旨在避免提及《Transport Phenomena Fundamentals》中的任何内容，并力求详实自然，字数控制在1500字左右。 --- 热力学与统计物理学基础 导言：理解宏观世界的微观根源 在物理学的宏伟殿堂中，热力学与统计物理学构成了连接微观世界基本定律与宏观现象的桥梁。本书旨在为学生和研究人员提供一个扎实、深入且逻辑清晰的框架，用以理解物质在不同尺度上的行为。我们不仅探讨了描述宏观系统状态和演化的基本原理，更深入挖掘了这些原理在原子和分子层面的微观起源。 本书的结构精心设计，从经典热力学的基础概念出发，逐步过渡到更具解释力的统计力学视角。我们相信，只有深刻理解了微观粒子的随机运动和集体行为，才能真正掌握诸如温度、压力、熵等宏观量背后的物理实在。 第一部分：经典热力学——宏观描述的基石 经典热力学建立在几个基本公设之上，这些公设源于对大量宏观实验现象的归纳。本部分将详尽阐述这些核心概念，为后续的统计物理学推导打下坚实的基础。 第一章：热力学系统的基本概念与状态量 本章首先界定了热力学系统的边界、环境以及系统状态的描述方式。我们引入了平衡态的概念，并详细讨论了描述系统状态的热力学状态量，如温度（$T$）、压力（$P$）和体积（$V$）。重点区分了广延量（如内能 $U$、体积 $V$）和集度量（如温度 $T$、密度 $ ho$）。 我们严格定义了热平衡，并阐述了热力学第零定律——温度作为衡量热平衡的普适量。本章还讨论了如何通过实验测量这些基本量，并介绍了理想气体的状态方程作为初步的简化模型。 第二章：热力学第一定律：能量守恒的宏观表述 能量是物理学中最根本的概念之一。本章的核心是热力学第一定律——内能的变化等于系统所做的功和系统吸收的热量的代数和（$Delta U = Q + W$）。 我们详细区分了功 $W$ 和热量 $Q$ 这两种能量传递形式，强调它们不是系统的状态量。对功的计算进行了细致的讨论，特别是体积功（$W = -int P dV$）的计算，并探讨了准静态过程和不可逆过程的区别。通过对恒容过程、恒压过程和绝热过程的分析，我们展示了内能函数在不同路径下的特性。此外，本章还引入了焓（$H$）的概念，阐明其在恒压过程中的重要性。 第三章：热力学过程与热机效率 理解能量如何转化为有用的功是热力学工程应用的关键。本章聚焦于能量转换的效率和可行性。我们分析了理想循环过程，如卡诺循环，作为理论上效率最高的循环。通过分析卡诺循环的等温和绝热过程，我们导出了热力学第二定律的定量表述。本章还讨论了实际热机（如奥托循环和狄塞尔循环）的运行原理及其效率限制。 第四章：热力学第二定律：熵与不可逆性 热力学第二定律引入了熵（$S$）这一至关重要的状态函数，它量化了过程的不可逆性和系统的无序程度。我们从克劳修斯表述（热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体）和开尔文-普朗克表述（不可能从单一热源吸收热量并完全转化为功）出发，推导出熵的定义：$dS = frac{delta Q_{rev}}{T}$。 本章深入探讨了熵增原理：孤立系统的熵永不减小。我们利用熵的极大值原理来判断过程的方向。此外，我们还介绍了吉布斯自由能（$G$）和亥姆霍兹自由能（$A$）作为判断化学反应和相变在恒温恒压或恒温恒容条件下的自发性的判据。 第五章：热力学第三定律与绝对零度 本章阐述了热力学第三定律，即绝对零度（$T=0$ K）是不可达到的，并且在绝对零度下，完美晶体的熵为零。我们讨论了如何利用第三定律来确定物质的绝对熵值。通过对化学势和相平衡的讨论，我们展示了热力学理论在处理多组分、多相系统时的完备性。 第二部分：统计物理学——微观动力学解释 经典热力学虽然描述精确，但缺乏对现象的根本解释。统计物理学通过对大量粒子行为的统计平均，成功地从微观动力学推导出了宏观热力学定律。 第六章：概率论基础与统计系综 统计物理学的核心在于概率论。本章回顾了必要的概率论工具，如平均值、方差和高斯分布。随后，我们引入了统计系综的概念，这是将系统与其环境交互方式进行数学抽象的关键。 我们详细定义了三个基本系综： 1. 微正则系综 (Microcanonical Ensemble)：适用于孤立系统，能量 $U$、体积 $V$、粒子数 $N$ 固定。系统的配分函数与$U$直接相关。 2. 正则系综 (Canonical Ensemble)：适用于与巨大热库接触的系统，温度 $T$、体积 $V$、粒子数 $N$ 固定。引入正则配分函数 $Z$，它是联系微观态和宏观热力学量的核心函数。 3. 大正则系综 (Grand Canonical Ensemble)：适用于与热库和粒子库接触的系统，温度 $T$、体积 $V$、化学势 $mu$ 固定。 第七章：从配分函数到热力学量 本章是统计物理学的核心桥梁。我们展示了如何从配分函数 $Z$ 导出所有宏观热力学量。特别是，我们推导了自由能与配分函数的关系（例如，对于正则系综，$A = -k_B T ln Z$）。 通过对 $Z$ 的微分运算，我们精确地导出了温度（基于能量的统计分布）、压力（基于体积微扰）以及熵。重点分析了玻尔兹曼熵公式 $S = k_B ln Omega$（对于微正则系综）与宏观熵的严格一致性。我们还探讨了涨落的概念，解释了为什么在宏观极限下，这些统计平均量表现得如同精确的经典值。 第八章：经典统计力学的应用：理想气体 我们应用前述的统计方法来分析经典理想气体。这涉及计算粒子的平动配分函数。通过对配分函数的分析，我们重新推导了理想气体的状态方程 $PV = N k_B T$，并计算了其内能、热容和熵。 本章的关键在于处理全同粒子问题。我们探讨了麦克斯韦-玻尔兹曼统计的局限性，并引入了不可分辨性和玻尔兹曼H定理，为理解气体宏观热力学行为的不可逆性提供了微观基础。 第九章：量子统计物理学导论：费米子与玻色子 随着温度降低，粒子的量子特性变得不可忽略。本章引入了量子统计的概念，区分了费米子（遵循泡利不相容原理）和玻色子（不受限制）。 我们详细推导并分析了费米-狄拉克分布和玻色-爱因斯坦分布。 1. 费米子系统：分析了费米简并气体，重点讨论了在绝对零度下的费米能，以及它如何解释金属的导电性和稳定性。 2. 玻色子系统：分析了玻色-爱因斯坦凝聚现象，即在特定低温下，大量玻色子占据最低量子态的集体行为，这是理解超流氦等现象的关键。 第十章：应用与进阶主题 本章将统计物理学的原理应用于更复杂的物理系统： 晶格振动（德拜模型）：将固体视为一组谐振子的集合，计算其热容，解释了低温下热容与温度的立方关系。 黑体辐射：从量子统计的角度，导出了普朗克黑体辐射定律，成功解决了经典物理学中“紫外灾难”的问题。 通过对这些案例的深入探讨，本书旨在展示热力学与统计物理学统一理论的强大解释力和预测能力，为读者在凝聚态物理、化学物理和材料科学等领域的研究打下坚实的基础。 ---

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