具体描述
内容提要
本书是为工科院校低温工程专业硕士研究生编写的学位课程教材，其
目的是使研究生加深同低温技术有关的热力学理论，扩大热力学知识范围，
并从理论上掌握获得mK级及其以下低温条件的原理和方法。本书共计6
章。前3章为基础部分，讲述有关的热力学理论，主要是研究物质热现象
的微观理论和相变理论，并结合说明低温技术中的有关问题。后3章为专
题部分，针对低温技术中的几个主要问题；氦的性质和氦制冷、磁场热力
学和磁制冷以及超流动性和超导电性，从热力学角度进行分析和论述，并
结合阐明mK级和μK级制冷方法的原理。全书注重概念和机理的阐述，
并结合实际应用。每章附有练习题，便于组织教学。
本书除用作研究生教材外，还可作为高年级本科生、青年教师和科研
人员自学参考书。
作者简介
作者简介
张祉�，陕西省耀县人，
1925年生，1949年毕业于原西北
工学院。现任西安交通大学动力
系教授、图书馆馆长，并任国家
科委发明奖特邀审查员及国际制
冷学会A－1/2委员会委员等职。
任教40年来，主要从事热工学、
热力学、制冷与低温技术方面的
教学工作及低温绝热技术、天然
气的液化和分离方面的科学研究
工作。主编全国通用教材《制冷
原理与设备》和《低温技术原理
与装置》，发表科技论文十多篇。
目录信息
第1章 气体动力论
1.1 绪论
1.1.1 研究物质热现象的宏观理论和微观理论
1.1.2 气体动力论及其发展
1.2 理想气体动力论的基本概念
1.2.1 物理模型的建立
1.2.2 理想气体动力论的基本方程
1.2.3 理想气体的温度和状态方程
1.3 分子按速度的分布
1.3.1 分布函数
1.3.2 麦克斯韦速度分布律
1.3.3 麦克斯韦分布律的实验验证
1.4 气体分子的平均速度和最可几速度
1.5 能量按自由度均分原理
1.5.1 单原子气体能量均分原理
1.5.2 理想气体的内能和比热
1.6 气体分子的碰撞和自由程
1.6.1 气体分子的碰撞和传输现象
1.6.2 单位时间的平均碰撞次数和平均自由程
1.6.3 影响平均自由程的因素
1.7 气体中的扩散
1.7.1 费克定律
1.7.2 非稳态扩散
1.7.3 稳态扩散
1.8 气体中的导热
1.8.1 基本概念和傅立叶定律
1.8.2 非稳态导热
1.8.3 稳态导热
1.9 气体的内摩擦
1.9.1 内摩擦的产生机理
1.9.2 内摩擦系数
1.9.3 各传输系数间的关系
1.10 稀薄气体的特性
1.10.1 热分子压力效应和热流逸现象
1.10.2 分子密度的涨落
1.10.3 稀薄气体传输现象的特点
1.11 稀薄气体的流动
1.11.1 气体流动的型态及分子流的概念
1.11.2 通过小孔的分子流动
1.11.3 长管中的分子流动（克努森流动）
1.11.4 气体混合物的分子流动气体的分离
1.12 稀薄气体中的传热
1.12.1 热适应系数 气体同固体表面间的换热
1.12.2 两平行平板间的自由分子导热
1.12.3 两同心圆筒壁间的自由分子导热
1.13 分子间作用力与实际气体状态特性
1.13.1 分子间的作用力
1.13.2 实际气体的状态特性
练习题
第2章 统计热力学基础
2.1 绪论
2.2 粒子运动状态的描述
2.2.1 粒子运动状态的经典描述
2.2.2 粒子运动状态的量子描述
2.3 体系微观状态及热力学几率
2.3.1 体系微观状态的描述
2.3.2 宏态数、微态数和热力学几率
2.4 三种统计方法
2.4.1 MB统计
2.4.2 BE统计和FD统计
2.4.3 三种统计的比较
2.5 平衡状态时的粒子分布
2.5.1 分布律的推导方法
2.5.2 玻尔兹曼关系和拉格朗日乘数
2.5.3 三种统计分布律的比较
2.6 配分函数和热力学参数的计算
2.6.1 配分函数同体系宏观参数的关系
2.6.2 单原子气体的配分函数和宏观参数的计算
2.7 能量均分原理
2.8 热量和功的统计解释
2.9 光子体系和辐射定律
2.9.1 光子体系的特性
2.9.2 普朗克辐射方程
2.9.3 斯蒂芬－玻尔兹曼定律
2.9.4 维恩定律
练习题
第3章 纯物质的宏观性质和相变过程
3.1 引言
3.2 热力学函数及其关系式
3.2.1 热力学函数
3.2.2 特性函数和麦克斯韦关系
3.2.3 吉布斯－亥尔姆霍茨方程
3.2.4 TdS方程
3.3 比热关系式
3.3.1 定压比热同定容比热之差
3.3.2 定压比热同定容比热之比
3.4 低温下固体的比热
3.4.1 非金属晶体的比热
3.4.2 金属的比热
3.5 气体的比热
3.5.1 关于气体热容量的理论
3.5.2 单原子及双原子气体的比热
3.5.3 多原子气体的比热
3.6 气体膨胀制冷
3.6.1 气体的等熵膨胀
3.6.2 气体的绝热节流
3.6.3 气体流经等截面管时的绝热膨胀
3.7 纯物质的一阶相变
3.7.1 一阶相变的基本特征
3.7.2 克拉贝隆－克劳修斯方程
3.7.3 相变潜热同温度的关系
3.7.4 纯物质的相图和pvT图
3.8 升华过程及蒸汽压力方程
3.8.1 升华过程的近似计算
3.8.2 克希霍夫方程
3.8.3 蒸气压力方程
3.9 蒸发过程
3.10 高阶相变
3.10.1 二阶相变
3.10.2 其它高阶相变
练习题
第4章 氦的性质和氦制冷
4.1 氦的一般性质
4.1.1 氦的两种同位素
4.1.2 氦的气液相变
4.2 液体He4的性质
4.2.1 He4的相图
4.2.2 液体He4的热物理性质
4.2.3 按近λ点时Pp随温度的变化
4.3 液体He3的性质
4.3.1 He3的相图
4.3.2 液体He3的热物理性质
4.4 固体氦的性质
4.4.1 氦的固液平衡和固体氦的晶体结构
4.4.2 固体氦的热力性质
4.4.3 熔解过程中能量的变化
4.5 氦制冷
4.5.1 液氦抽气蒸发制冷
4.5.2 He3压缩制冷
4.6 He3－He4混合物的性质
4.6.1 溶液的相图
4.6.2 渗透压力
4.6.3 溶液的焓和熵
4.7 氦稀释制冷机的工作原理
4.7.1 制冷机的组成及工作过程
4.7.2 制冷机制冷量的计算及性能分析
4.7.3 制冷机的热量平衡
附表4－1 饱和液体He的性质
附表4－2 饱和液体He3的性质
附表4－3 沿熔解曲线固体He4的热力性质
附表4－4 沿熔解曲线He3的压力和熵
练习题
第5章 电磁场热力学和磁制冷
5.1 功的一般概念
5.2 电极化功和磁极化功
5.2.1 电极化功
5.2.2 磁极化功
5.3 电场和磁场的热力学关系
5.3.1 基本方程和定义
5.3.2 麦克斯韦关系
5.3.3 TdS方程
5.4 磁制冷的热力学基础
5.4.1 原子磁性及顺磁盐的热力学性质
5.4.2 磁场强度变化时顺磁盐温度的变化
5.5 顺磁盐绝热退磁制冷
5.5.1 装置及其操作过程
5.5.2 绝热退磁制冷的热力学分析
5.6 磁制冷机
5.6.1 磁制冷机的理论循环
5.6.2 磁制冷机的实现方式
5.7 核绝热退磁制冷
5.7.1 核磁性
5.7.2 核绝热退磁制冷的原理和设备
5.8 各种工质体系制冷过程熵的分析
练习题
第6章 超流动性和超导电性
6.1 HeⅡ的超流动性
6.1.1 超常导热性
6.1.2 超常流动性
6.2 关于HeⅡ超流动性的理论
6.2.1 量子凝结及二流体模型
6.2.2 准粒子理论
6.3 热机械效应和喷泉效应方程
6.3.1 热机械效应
6.3.2 喷泉效应方程
6.4 声波在HeⅡ中的传播
6.4.1 第二声
6.4.2 第四声
6.5 爬行液膜和第三声
6.6 超流He3简介
6.6.1 He3与He4原子核结构的不同
6.6.2 超流He3的性质
6.6.3 两类超流体的比较
6.7 超导电性的基本概念
6.7.1 零电阻及超导电性
6.7.2 超导材料及其超导临界温度
6.7.3 影响超导临界温度的因素
6.8 第I类超导体的磁学性质
6.8.1 临界磁场强度
6.8.2 临界电流
6.8.3 迈斯纳效应
6.9 第I类超导体的热力学性质
6.9.1 超导相变
6.9.2 比热
6.9.3 导热系数
6.10 关于超导电性的理论
6.10.1 二流体模型
6.10.2 库柏对和BCS理论
6.11 第Ⅱ类超导体简介
练习题
附录
附录一 本书用物理量符号表
附录二 基本物理常数表
附录三 主题词索引
附录四 人名索引
参考文献
· · · · · · (收起)
读后感
用户评价
从这本书中，我获得了一种全新的视角来审视能量和物质的相互作用。传统意义上的热力学，通常关注的是能量的转化和传递，以及系统朝着熵增方向演化的规律。而《低温技术热力学》则将目光聚焦于系统在极端能量匮乏状态下的行为。它让我明白，所谓的“低温”并非只是简单地“冷”，而是一种特殊的物理状态，在其中，经典的热力学定律会以一种更加微妙和深刻的方式体现出来。书中对“功”和“热”在低温过程中的定义和计算，以及对卡诺循环在低温制冷中的局限性与改进的探讨，都让我对能量的本质有了更深的理解。特别是关于“熵”的概念，在低温环境下，熵的减少并非违背热力学第二定律，而是由于系统从一个高熵的宏观状态转移到了一个更加有序的微观状态。这种对基础物理原理在特殊条件下的深刻解读，极大地拓展了我的知识边界。我开始思考，在未来的科学研究中，如何更有效地利用和控制低温环境，以期发现更多未知的物理现象，或者实现更高效的能量利用。
阅读《低温技术热力学》的过程，与其说是在翻阅一本教科书，不如说是在踏上一段严谨而富有启发性的科学探索之旅。作者在开篇就奠定了扎实的理论基础，从宏观的热力学定律出发，层层递进地引入了低温领域特有的概念和现象。我印象最深刻的是关于“相变”的阐述，在极低的温度下，许多物质会发生从固态到更加奇特相态的转变，例如超流体和超导体。书中通过精妙的图表和清晰的公式推导，将这些复杂的过程可视化，让我这个非专业读者也能窥见其中的奥秘。想象一下，液体在失去粘滞后，能够毫无阻碍地沿着容器壁向上攀爬，甚至在没有外力驱动的情况下自行流动，这完全颠覆了我对液体本质的认知。而超导现象，则更是神奇，电阻消失，电流可以近乎永恒地流动。书中深入浅出地解释了这些现象背后的微观机制，比如电子配对形成库珀对，以及量子力学在其中的关键作用。我能感受到作者在编排内容上的用心，他并非简单地堆砌知识点，而是循序渐进地引导读者理解，将抽象的理论与具体的物理过程巧妙地结合起来。每一章节都像是为我打开了一扇新的窗户，让我得以更深入地洞察物质世界的内在规律。
这本书的封面设计简约却不失专业感，深邃的蓝色调让人联想到极地的冰川和无垠的宇宙空间，仿佛在预示着即将展开一场深入探索物质在极端低温下奇妙行为的旅程。拿到手里，纸张的质感相当不错，厚实且带有轻微的哑光，翻阅时沙沙的声响带着一种沉静的阅读氛围。我之前对低温领域仅仅是模糊的概念，知道它与航天、超导、甚至量子计算有着千丝万缕的联系，但具体涉及哪些物理原理，又是如何实现和应用的，一直充满好奇。这本书的书名——《低温技术热力学》，一下子就抓住了我的兴趣点。它听起来就像是解锁一系列高科技应用的钥匙，让人迫不及待地想知道，究竟是什么样的热力学规律，能够让物质在远低于我们日常经验的温度下，展现出如此惊人的特性。从“低温”这个词本身，我就能想象到其中必然涉及能量的极度匮乏和热运动的几乎停止，这与我们熟悉的高温高能物理有着截然不同的思考方式。而“热力学”的加入，则预示着这本书不仅仅是罗列现象，更是要从根本的能量守恒、熵增等定律出发，来解释这些低温现象背后的科学逻辑。我尤其好奇，那些我们习以为常的物质，在极低的温度下，会发生怎样颠覆性的变化？它们是否会展现出全新的相态，或者获得某种超乎寻常的能力？这本书似乎提供了一个系统了解这些问题的入口。
《低温技术热力学》这本书，给我最直观的感受就是它的“实用性”和“前沿性”。虽然书名带有“热力学”这样偏理论的字眼，但它并没有止步于纯粹的理论推演，而是将大量的篇幅用于探讨低温技术在各个领域的实际应用。我特别关注了书中关于液化气体、制冷技术以及低温材料的文章。比如，书中详细介绍了如何利用多级绝热膨胀和节流膨胀等方法，将空气、氢气、氦气等气体液化，并讲解了不同类型制冷机的设计原理和运行效率。这对于理解我们日常生活中接触到的冰箱、空调，乃至更复杂的工业制冷系统，都有着至关重要的启示。更令我兴奋的是，书中也提到了低温技术在尖端科技中的作用，例如在核磁共振成像（MRI）、粒子加速器、以及新一代的量子计算机中，超导磁体和极低温环境是不可或缺的。我开始意识到，这些我们只在科幻电影中看到过的场景，在现实中，正依赖于《低温技术热力学》中所阐述的原理来实现。这本书就像是一本“如何制造不可能”的指南，它揭示了那些看似遥不可及的科学突破，是如何一步步从理论走向工程，再走向应用的。
这是一本极其引人入胜的书，我甚至可以说，它在某种程度上改变了我对科学的看法。作者的写作风格非常独特，他善于将复杂的科学概念用生动形象的比喻来解释，让读者在轻松的阅读体验中，不知不觉地掌握了深奥的知识。《低温技术热力学》并非一本枯燥乏味的学术著作，而是更像是一场与科学思想的对话。书中穿插的许多历史故事和科学家的趣闻轶事，也让冰冷的科学原理变得更加鲜活和人性化。例如，在讲述早期低温实验时，作者描述了科学家们如何在简陋的条件下，冒着生命危险去探索未知，那种勇气和毅力令人动容。我还特别喜欢书中对未来发展趋势的展望，它预见了低温技术在能源、医疗、计算等领域将扮演的关键角色，这让我对科学的未来充满了期待。这本书不仅仅是传递知识，它更是在激发一种探索精神，鼓励读者去思考，去质疑，去追寻科学的真谛。读完这本书，我感觉自己仿佛也经历了一次智识上的“低温冷却”，那些曾经模糊不清的科学概念，此刻变得清晰而深刻，为我今后的学习和研究奠定了坚实的基础。
