具体描述
《新概念热力学:简明、直观、易学的热力学》内容简介：德国Georg Job教授所著的《新概念热力学》以一种崭新的方式重新定义了《热力学》课程中的核心概念——“熵”，从教学理念、教学内容到表述方式等方面构建了不同于传统《热力学》教材的新的学科体系，同时又与传统热力学做了很好的对接，使初学者和有一定热力学知识的人都能更快地领会热力学的一些基本概念和使用技巧。《新概念热力学:简明、直观、易学的热力学》融合了作者多年来在热力学研究上取得的实际应用成果，在热力学理论与实际应用的结合上给人以“耳目一新”的感觉。
《新概念热力学:简明、直观、易学的热力学》可作为高等院校理工科相关专业热力学课程的教材或参考用书。由于《新概念热力学:简明、直观、易学的热力学》将抽象概念与生活实际相联系，使读者易于理解，因此《新概念热力学:简明、直观、易学的热力学》也可作为热力学方面的科普读物。
《新概念热力学》图书简介 一、本书的定位与目标读者 《新概念热力学》旨在为读者提供一个全面、深入且富有洞察力的热力学学习体验。本书超越了传统教材的机械性公式推导和概念堆砌，致力于构建一套基于现代物理学前沿视野的热力学认知框架。 本书的目标读者群体广泛，主要包括： 高等院校物理、化学、材料学、工程力学等相关专业的本科生和研究生：本书内容深度适中，既能满足基础课程的教学要求，又能为专业研究提供坚实的理论基础。 科研工作者与工程师：对于长期在复杂系统、非平衡态过程、统计物理应用等领域工作的专业人士，本书提供了一种重新审视和应用热力学基本原理的视角。 对基础科学有浓厚兴趣的自学者：对于有一定微积分和线性代数基础，渴望理解物质世界基本运动规律的读者，本书将是一份极具启发性的指南。 本书的核心目标是培养读者运用热力学思维解决实际问题的能力，理解熵增定律的普适性及其在信息论、宇宙学等交叉学科中的深远意义。 --- 二、内容结构与核心章节概览 《新概念热力学》全书共分为四个主要部分，共计十五章，逻辑层层递进，从宏观的经验定律到微观的统计诠释，再到现代热力学的拓展应用。 第一部分：热力学的经验基础与宏观唯象描述 (第1章至第3章) 本部分侧重于建立读者对热力学系统的直观理解，强调实验观测与经验定律的构建过程。 第1章：系统、平衡与状态变量的引入 本章详细界定了热力学系统的边界、环境、功和热量的概念，并严格区分了热力学平衡态的三个关键方面（热、力、相平衡）。重点探讨了零定律作为温度定义的基石地位，以及热力学能作为内禀状态函数的确定性。 第2章：热力学第一定律：能量的守恒与转化 深入解析了功的多种形式（体积功、表面功、电功等）及其在不同过程中的表现。重点讨论了准静态过程与循环过程的数学表达，并引入了热容的概念及其在定容和定压过程中的区别。本章对绝热过程的严格定义进行了阐述。 第3章：热力学第二定律：熵与不可逆性的本质 这是全书的核心章节之一。不同于传统的克劳修斯或开尔文表述，本章从卡诺定理的严格推导入手，建立起熵作为系统状态函数的必然性。详细探讨了熵增原理在孤立系统中的绝对地位，并引入了宏观熵与信息熵的初步联系。重点分析了热泵、制冷机效率的极限，并展示了第二定律在判断过程方向上的决定性作用。 第二部分：热力学关系式与相变动力学 (第4章至第7章) 本部分着重于热力学势函数的建立及其在描述物质性质和相变过程中的强大威力。 第4章：热力学势：驱动力与平衡的量度 系统地导出了四个基本热力学势：内能 ($U$)、焓 ($H$)、亥姆霍兹自由能 ($F$) 和吉布斯自由能 ($G$)。本章详细阐述了这些势函数在特定约束条件下（如恒温恒容、恒温恒压）所扮演的最小化或最大化角色，从而决定了系统的自然趋势。 第5章：麦克斯韦关系式与热力学方程的互联 通过热力学势的偏微分关系，推导了著名的麦克斯韦关系式。本章强调了这些关系式如何将难以直接测量的量（如熵、体积对温度的依赖）转化为可测量的量（如比热、热膨胀系数），构建起热力学量的交叉验证体系。 第6章：相平衡、相图与热力学计算 本章应用吉布斯自由能的最小原理，详细分析了单组分系统的相图（如水的相图），深入探讨了克拉珀龙方程和克劳修斯-克拉珀龙方程，用于描述液-气、固-液相变过程中的压力-温度依赖性。 第7章：多组分系统与化学平衡 将热力学扩展到混合物系统。引入化学势 ($mu$) 概念，并阐述了其在描述组分间物质传递和反应倾向中的核心地位。详细分析了相律在多组分、多相系统中的应用，以及化学反应的吉布斯自由能判据。 第三部分：从微观到宏观：统计力学的视角 (第8章至第10章) 本部分是本书的理论深化之处，旨在揭示宏观热力学定律的微观起源。 第8章：统计物理学的基本假设与配分函数 介绍了系综理论的基本概念（微正则、正则、大正则），并阐述了等概率假设。核心引入配分函数 ($Z$)，展示了如何通过配分函数计算出所有可测量的宏观热力学量（U, P, S, F, G）。 第9章：玻尔兹曼熵与信息论的交汇 详细推导了玻尔兹曼熵公式 ($S = k_B ln Omega$)，并将其与宏观热力学中的熵进行了严格的对标。本章探讨了香农信息熵与热力学熵的数学同构性，解释了信息缺失如何对应于热力学上的不确定性（熵增）。 第10章：理想气体与玻尔兹曼分布 利用统计方法推导了理想气体的内能、比热，并详细分析了麦克斯韦-玻尔兹曼速度分布。本章还初步探讨了量子统计（费米-狄拉克与玻色-爱因斯坦分布）在描述电子气和低温现象中的必要性。 第四部分：热力学的前沿与拓展 (第11章至第15章) 本部分将热力学原理应用于现代物理和工程领域的复杂问题。 第11章：不可逆过程的热力学 超越了准静态的理想化描述，引入了非平衡态热力学（NET）的基本框架。重点讨论了熵产生率的概念，并介绍了线性不可逆过程中的基本关系式（如昂萨格倒易关系）。 第12章：涨落、噪声与临界现象 从统计涨落的角度解释了系统偏离平衡态的微小起伏。本章讨论了爱因斯坦关系式和布朗运动与热力学的联系，并深入分析了临界点附近物质性质的奇异行为，引入关联长度和重整化群的初步概念。 第13章：电化学与电热力学 系统性地分析了电化学电池中的热力学过程，包括能斯特方程的推导及其与吉布斯能的联系。探讨了电场、磁场对外加物质体系的影响，建立了相应的热力学关系。 第14章：热力学在信息处理中的应用 本章探讨了热力学与计算的深刻联系。详细分析了朗道尔原理（Landauer's Principle），阐明了信息擦除过程中不可避免的最小能量耗散，揭示了信息处理的物理极限。 第15章：宇宙尺度与广义热力学趋势 将热力学视野拓展到宇宙学尺度。讨论了黑洞热力学（如Bekenstein-Hawking熵）的概念，并探讨了宇宙膨胀背景下的宇宙熵增趋势，使读者领略热力学定律在时间维度上的终极意义。 --- 三、本书的特色与创新点 《新概念热力学》的编写遵循以下几项核心原则，使其区别于市面上同类书籍： 1. 统一的能量观：本书始终强调能量的本质统一性，从机械功到热能、光子能，直至信息能，所有形式的能量转换都必须服从热力学定律的制约。 2. 强烈的统计基础：不将统计力学视为孤立的高级选修内容，而是将其视为理解熵和平衡态的必要工具，确保读者从根本上把握热力学定律的微观根源。 3. 问题驱动的学习路径：每章均配有大量精选的、涵盖理论深度与实际应用广度的例题和习题，引导读者将抽象概念转化为具体的计算能力。 4. 现代应用视角：引入了非平衡态、信息热力学等前沿课题，使热力学知识体系保持与当代物理和工程研究的前沿同步。 通过详尽的数学推导和清晰的物理图像，《新概念热力学》致力于成为一本既能打下坚实基础，又能激发创新思维的权威参考书。
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