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目录1

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3

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　物态方程6

1.3.1　物态方程6

1.3.2　体膨胀系数、压缩系数、压强系数热膨胀现象7

1.3.3　理想气体物态方程10

1.3.4　混合理想气体物态方程11

1.4　温度与温度计12

1.4.1　温度12

1.4.2　热力学第零定律12

1.4.3　温标13

1.4.4　实用温度计简介18

1.5　物质的微观模型21

1.5.1　物质由大数分子组成21

1.5.2　分子热运动的例证——扩散、布朗运动与涨落现象22

1.5.3　分子间的吸引力与排斥力26

1.6　理想气体微观描述的初级理论28

1.6.1　理想气体微观模型28

1.6.2　单位时间内碰在单位面积器壁上平均分子数Γ≈n？/630

1.6.3　理想气体压强公式压强的单位换算31

1.6.4　温度的微观意义33

1.7　分子间作用力势能与真实气体状态方程35

1.7.1　分子间互作用势能曲线36

1.7.2　分子碰撞有效直径、固体分子热振动、固体热膨胀37

1.7.3　范德瓦耳斯方程40

1.7.4　昂内斯方程43

1.7.5　几种典型的分子作用力势能曲线44

选读材料1.1 b是分子固有体积的4倍的证明45

选读材料1.2　摩擦力也来源于分子力46

思考题46

习题48

第二章　分子动理学理论的平衡态理论52

2.1　分子动理学理论与统计物理学52

2.2　概率论的基本知识53

2.2.1　伽尔顿板实验53

2.2.2　等概率性与概率的基本性质54

2.2.3　平均值及其运算法则56

2.2.4　均方偏差57

2.2.5　概率分布函数58

2.3　麦克斯韦速率分布60

2.3.1　分子射线束实验60

2.3.2　麦克斯韦速率分布62

2.4　麦克斯韦速度分布66

2.4.1　速度空间66

2.4.2　麦克斯韦速度分布68

2.4.3　相对于vp的（麦克斯韦）速度分量分布与速率分布·误差函数70

2.4.4　从麦克斯韦速度分布导出速率分布71

2.4.5 T＝O K时金属中自由电子的速度分布与速率分布（费米球）72

2.5　气体分子碰壁数及其应用73

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74

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、大气逃逸、行星大气、太阳风）77

2.6　外力场中自由粒子的分布·玻耳兹曼分布81

2.6.1　等温大气压强公式·悬浮微粒按高度分布81

2.6.2　旋转体中粒子径向分布·超速离心技术·台风、飓风、龙卷风83

2.6.3　玻耳兹曼分布85

2.7　能量均分定理86

2.7.1　理想气体热容86

2.7.2 自由度与自由度数87

2.7.3　能量均分定理90

2.7.4　能量按自由度均分的物理原因92

2.7.5　能量均分定理用于布朗粒子93

2.7.6 能量均分定理的局限·自由度的冻结93

2.7.7　固体的热容·杜隆-珀蒂定律95

附录2.1　一些定积分公式97

选读材料2.1　子系温度与负温度98

思考题99

习题101

第三章　输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论106

3.1　黏性现象的宏观规律106

3.1.1　牛顿黏性定律　层流　湍流与混沌106

3.1.2　泊肃叶定律·管道流阻111

3.1.3　斯托克斯定律·云、雾中的水滴113

3.2　扩散现象的宏观规律114

3.2.1　菲克定律·自扩散与互扩散114

3.2.2　看作布朗粒子运动的扩散公式·？2＝2Dt118

3.3　热传导现象的宏观规律118

3.3.1　傅里叶定律·线性输运与非线性输运119

3.3.2　热欧姆定律121

3.3.3　多孔绝热技术122

3.4.1　热辐射·辐射传热123

3.4　辐射传热123

3.4.2　温室防辐射传热124

3.4.3　空腔辐射传热·人体辐射热损失124

3.5　对流传热126

3.5.1 自然对流·大气环流·人的体温调节126

3.5.2　牛顿冷却定律·集成电路的散热128

3.5.3　两相对流传热·热管129

3.6　气体分子平均自由程130

3.6.1　碰撞（散射）截面130

3.6.2　分子间平均碰撞频率131

3.6.3　气体分子间相对运动速率分布133

3.6.4　气体分子平均自由程134

3.6.5　化学反应动力学·催化剂与酶135

3.7　气体分子碰撞的概率分布137

3.7.1　气体分子的自由程分布138

3.7.2　气体分子碰撞时间的概率分布139

3.8　气体输运系数的导出140

3.8.1　气体黏性系数导出140

3.8.2　气体热传导系数与扩散系数143

3.8.3　与实验结果的比较145

3.9　稀薄气体中的输运过程147

3.9.1　稀薄气体的特征147

3.9.2　稀薄气体中的热传导现象及黏性现象、扩散现象148

选读材料3.1　量纲分析法简介152

选读材料3.2　耗散结构154

选3.2.1　贝纳尔对流·地幔对流154

选3.2.2　化学振荡156

选3.2.3　自组织现象157

选3.2.4　失稳、涨落、结构的出现157

选3.2.5　耗散结构与填平热力学与生物学间的鸿沟158

选3.2.6　激光与耗散结构159

思考题160

选3.2.7　协同论160

习题161

第四章　热力学第一定律165

4.1　可逆与不可逆过程165

4.1.1　准静态过程165

4.1.2　弛豫时间167

4.1.3　可逆与不可逆过程168

4.2　功和热量170

4.2.1　功是力学相互作用下的能量转移170

4.2.2　体积膨胀功171

4.2.3　其他形式的功173

4.2.4　热量与热质说175

4.3.1　能量守恒与转换定律177

4.3　热力学第一定律177

4.3.2　内能定理178

4.4　热容与焓180

4.4.1　定体热容与内能180

4.4.2　定压热容与焓181

4.4.3　化学反应中的反应热、生成焓及赫斯定律182

4.5　第一定律对气体的应用184

4.5.1　理想气体内能·焦耳实验184

4.5.2　理想气体的等体、等压、等温过程186

4.5.3　绝热过程187

4.5.4　大气温度绝热递减率192

4.5.5　气体声速公式195

4.5.6　多方过程196

4.6.1　热机·蒸汽机201

4.6　热机201

4.6.2　卡诺热机203

4.6.3　内燃机循环205

4.7　焦耳-汤姆孙效应与制冷机209

4.7.1　制冷循环与制冷系数209

4.7.2　焦耳-汤姆孙效应210

4.7.3　气体压缩式制冷机213

4.7.4　热泵型空调器214

选读材料4.1　宇宙大爆炸与宇宙膨胀215

选4.1.1　宇宙是有限的还是无限的？215

选4.1.2　爱因斯坦的静态宇宙模型215

选4.1.3　宇宙膨胀、哈勃定律和宇宙大爆炸216

选4.1.4　宇宙是“开放的”还是“关闭的”？217

选4.1.5　暗能量——名列2003年10大科学突破榜首217

选4.1.6　宇宙年龄218

选4.1.7　热宇宙模型219

思考题220

习题222

第五章　热力学第二定律与熵227

5.1　热力学第二定律的表述及其实质227

5.1.1　热力学第二定律的两种表述及其等效性227

5.1.2　利用两种表述判别可逆、不可逆229

5.1.3　利用四种不可逆因素判别可逆、不可逆231

5.1.4　热力学第二定律的实质·热力学第二定律与热力学第一定律、热力学第零定律的比较·可用能·超流体232

5.2　卡诺定理234

5.2.1　卡诺定理·不可能性与基本定律234

5.2.2　卡诺定理的应用237

5.2.3　热力学温标239

5.3　熵与熵增加原理240

5.3.1　克劳修斯等式240

5.3.2　熵和熵的计算242

5.3.3　温-熵图245

5.3.4　熵增加原理247

5.3.5　热寂说250

5.3.6　“熵恒增”与“能贬值”·“最大功”与“最小功”251

5.3.7　热力学第二定律的数学表达式252

5.3.8　熵的微观意义·玻耳兹曼关系253

选读材料5.1　热力学第二定律的统计解释257

选5.1.1　宏观状态与微观状态257

选5.1.2　热力学第二定律的微观解释259

选读材料5.2　熵与信息261

选5.2.1　信息与信息量261

选5.2.2　信息熵262

选5.2.3　麦克斯韦妖263

选5.3.1　遗传密码·生物高聚物中的信息·克隆技术264

选读材料5.3　生命“赖负熵为生”264

选5.2.4　信息处理消耗能量的下限264

选5.3.2　生物中的负熵（流）266

思考题267

习题269

第六章　物态与相变272

6.1　物质的五种物态272

6.1.1　引言272

6.1.2　固态272

6.1.3　超密态物质（白矮星、中子星、黑洞）276

6.1.4　等离子态277

6.2　液体278

6.2.1　液体的微观结构278

6.2.2　液体的彻体性质281

6.2.3　水的结构与物理性质·水是生命之源283

6.3.1　表面张力与表面能285

6.3　液体的表面现象285

6.3.2　表面活性剂287

6.3.3　弯曲液面附加压强288

6.3.4　润湿与不润湿·毛细现象291

6.4　气液相变295

6.4.1　相与相变295

6 4.2　汽化和凝结296

6.4.3　真实气体等温线302

6.4.4　范德瓦耳斯等温线306

6.4.5　临界点·一级相变与连续相变·临界乳光309

6.5　固-液、固-气相变·相图313

6.5.1　固-液及固-气相变313

6.5.2　相图316

6.5.3　克拉珀龙方程319

选读材料6.1　液晶323

选读材料6.2　固体的表面与界面326

选6.2.1　界面与表面326

选6.2.2　固体表面吸附326

选6.2.3　二维物理　膜的功能328

选6.2.4　温差电现象·温差发电与温差电制冷329

思考题330

习题333

思考题、习题提示与答案337

参考文献352

附录354

（Ⅰ）书中有关数据的索引354

（Ⅱ）常用物理学常量354

（Ⅲ）有关地球、月球、太阳及部分行星、银河系、宇宙的数据355

索引357