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出版者:大连理工大学出版社

作者:傅玉普,王新平

出品人:

页数:399

译者:

出版时间:2007-2

价格:39.80元

装帧:

isbn号码:9787561123607

丛书系列:

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现代热力学基础与应用：一门深入探索物质能量转换的学科 作者： 史蒂文·科尔宾 博士 出版社： 环球科学出版社 出版年份： 2023年 --- 图书简介 本书旨在为物理、化学、材料科学以及工程领域的高年级本科生和研究生提供一套全面、深入且具有前沿视野的现代热力学基础与应用教程。我们认识到，传统的基于宏观平衡态的论述往往难以完全涵盖复杂系统在非平衡态、微观尺度以及极端条件下的行为。因此，《现代热力学基础与应用》着重于整合经典热力学的严谨性、统计力学的微观解释能力，以及非平衡态热力学的动态视角。 核心内容与特色 全书共分为六个主要部分，系统地构建了从基本概念到前沿课题的知识体系。 第一部分：热力学公理与宏观框架的重构 本部分着重于对热力学基本定律进行现代化的审视和表述。我们摒弃了仅依赖于经验观测的描述方式，转而采用更具数学严谨性的公理化方法来构建热力学的基础结构。 第一章：基本概念与可达性（Extensivity） 本章详细讨论了状态函数、过程、功、热以及能量的本质。特别强调了系统的可达性（或称“可操作性”），这对于理解有限时间内的实际过程至关重要。我们引入了“准静态”概念的局限性，并开始探讨与信息论相关的热力学量。 第二章：熵的统计诠释与卡诺循环的现代视角 超越克劳修斯的积分形式，本章深入探讨了玻尔兹曼熵公式的意义及其在信息论中的对应物。卡诺定理被置于更广阔的背景下讨论，重点分析了在有限速率下进行的热力学循环效率的实际极限——“有限时间热力学”的初步引入。 第三章：相平衡与吉布斯自由能的张量表示 本章对传统的热力学势进行了拓展。除了标准的$U, H, F, G$之外，我们引入了针对多组分、多相系统的拉格朗日乘子方法，并使用张量符号来描述各向异性材料（如液晶或晶体缺陷）中的热力学平衡条件，为后续处理材料科学问题打下基础。 第二部分：统计力学：从微观到宏观的桥梁 统计力学部分是本书的基石，旨在使读者理解宏观热力学量是如何从大量微观粒子行为中涌现出来的。 第四章：系综理论与分区函数（Partition Functions） 详细介绍了微正则系综、正则系综和巨正则系综的数学构建。重点剖析了分区函数作为连接微观状态和宏观可观测量的核心工具的作用。本章包含对玻尔兹曼分布、费米-狄拉克分布和玻色-爱因斯坦分布的精确推导与应用。 第五章：理想与真实气体的行为 在理想气体模型的基础上，本章引入了范德华方程、维里展开式，并利用配分函数推导了它们。关键部分在于处理粒子间相互作用势能的平均场近似（如朗道理论）及其在液体结构中的体现。 第六章：晶体学与声子理论 针对固体系统，本章深入研究了晶格振动。爱因斯坦模型和德拜模型的推导与比较，重点阐述了德拜$T^3$定律如何解释低温下的比热容。此外，还讨论了晶格缺陷（如空位、位错）对热力学性质的修正。 第三部分：化学热力学：反应、电化学与界面 本部分聚焦于化学系统的热力学驱动力与平衡条件。 第七章：化学势与反应平衡 化学势被定义为偏摩尔量，并严格地与热力学势的偏导数联系起来。重点分析了化学反应的吉布斯自由能变化 ($Delta G$) 与平衡常数 ($K$) 之间的关系，并讨论了压力、温度和惰性组分对平衡位置的动态影响。 第八章：溶液热力学与依数性 本章处理稀溶液和浓溶液的行为。拉乌尔定律和亨利定律的严格推导，以及对活度和平均离子活度的处理，是本章的难点与重点。引入了热力学关于渗透压和凝固点降低的精确计算方法。 第九章：电化学热力学 将热力学与电荷平衡相结合。详细分析了能斯特方程的推导，以及电池电动势与吉布斯自由能之间的关系。特别关注了离子强度对电解质活度的影响（如德拜-休克尔理论的简化应用）。 第四部分：非平衡态热力学与动力学连接 这是本书区别于传统教科书的关键部分，它为处理现实世界中的动态过程提供了工具。 第十章：运动学与稳态（Steady States） 引入了平衡态的局限性，转向描述时间依赖性过程。讨论了热力学力（Thermodynamic Forces）和流量（Fluxes）的概念，如扩散流、热流等。本章核心是处理线性不可逆过程的热力学（Onsager互易性原理）。 第十一章：耗散函数与熵产生率 明确区分了系统内部产生的熵与系统与环境交换的熵。重点推导了熵产生率 ($dot{S}_{gen}$) 的表达式，并论证了其不可逆过程中的正值性，这是判断过程方向性的根本判据。 第十二章：相变动力学与界面现象 讨论了成核与生长过程中的自由能垒。应用德鲁克或汤普金斯模型对均匀成核的速率进行定量分析。界面张力作为系统能量的一部分被严格纳入热力学框架，并讨论了如何通过能量最小化来预测弯曲液滴或小颗粒的蒸汽压变化。 第五部分：极端条件与先进材料的热力学 本部分将前述理论应用于现代科学研究的前沿领域。 第十三章：高压与高温下的物质状态 分析了范德华方程在临界点附近的失效，并引入了更复杂的格林-鲍伯（Green-Kubo）关系来处理高密度流体。讨论了材料在行星内部或反应堆条件下的热力学稳定性。 第十四章：纳米尺度热力学 讨论了尺寸效应对热力学性质的根本性改变，例如，纳米颗粒的比表面能、量子限制效应对电子能级分布的影响。介绍了对低维系统（如薄膜）的表面热力学处理方法。 第六部分：信息、计算与热力学前沿 本章简要介绍了信息论与热力学的交叉领域，以及计算方法在热力学研究中的应用。 第十五章：朗道-李弗席茨理论与混沌 简要介绍了经典力学的非守恒系统如何通过热力学观点被理解，包括耗散系统的稳定性分析。 第十六章：计算热力学简介 概述了分子动力学模拟（MD）和蒙特卡洛（MC）方法如何用于计算复杂的平衡和非平衡性质，包括自由能的计算（如PMF）。强调了计算结果必须符合热力学一致性。 --- 目标读者与学习价值 本书的编写风格力求精确、逻辑清晰，避免了过多的简化或经验主义的结论。它要求读者具备扎实的微积分和线性代数基础，并对经典力学和基础量子力学有初步了解。通过学习本书，读者将不仅掌握热力学的核心定律，更能建立起一个跨越微观粒子运动和宏观能量转换的统一物理图像，为解决材料设计、能源转化和复杂化学反应等前沿问题奠定坚实的理论基础。本书特别适合作为研究生阶段的专业核心课程教材，同时也适合希望深入理解热力学原理的科研人员作为参考手册。

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这本书最大的亮点之一，就是它非常注重培养读者的思维方式。它不只是告诉我们“是什么”，更引导我们去思考“为什么”。比如在讲解化学动力学时，作者会引导我们分析反应速率的影响因素，比如浓度、温度、催化剂等等，并解释这些因素是如何作用于微观反应过程的。让我印象深刻的是，书中用了一个生动的比喻来解释活化能，将其比作爬过一座小山丘才能到达目的地，而催化剂则像是为你找到了一条捷径，大大降低了攀爬的难度。这种形象化的解释，让我瞬间就理解了催化剂的作用机制，并且能够举一反三，思考其他类似的化学反应。

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作为一名对光谱分析领域有初步了解的学生，这本书在电化学章节的讲解让我眼前一亮。之前我对电化学的理解仅限于简单的电池原理，认为它只是将化学能转化为电能。但这本书深入浅出地介绍了电化学电池的构成、电极反应、电势的测量以及能斯特方程的应用。让我印象深刻的是，书中通过对原电池和电解池的对比分析，清晰地阐明了它们之间的区别与联系，并且还引用了大量实际应用的例子，如电镀、电解铝、金属的腐蚀与防护等，这让我深刻认识到电化学在现代工业生产和日常生活中的重要地位。

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这本书的图文并茂设计也让我受益匪浅。很多抽象的概念，通过生动形象的插图和图表，变得清晰易懂。例如，在解释分子轨道理论时，书中提供了大量的分子轨道图，直观地展示了原子轨道如何组合成新的分子轨道，以及电子是如何填充这些轨道的。这种可视化的方式，大大减轻了我理解的难度，让我能够更直观地把握这些复杂的概念。而且，这些插图的质量非常高，细节处理得也很到位，使得整本书读起来非常舒适，也更有吸引力。

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总的来说，《物理化学简明教程》是一本非常优秀的物理化学入门书籍。它不仅内容全面、逻辑清晰，而且在讲解方式上也非常有独到之处，能够有效地激发读者的学习兴趣，培养读者的科学思维。这本书让我对物理化学产生了浓厚的兴趣，并且树立了学好这门学科的信心。我强烈推荐给所有正在学习或想要了解物理化学的读者，相信它一定能帮助你打开物理化学的大门，领略这门学科的魅力。

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我尤其欣赏这本书在阐述量子化学基础时所采取的方法。我知道量子化学是物理化学中最抽象、最难理解的部分之一，涉及到薛定谔方程、波函数、电子云等概念，这些对我来说简直是天书。但《物理化学简明教程》在这方面做得相当出色，它没有回避这些复杂的内容，而是通过类比和图形化的方式，将这些抽象的概念变得相对易于接受。作者用“电子云”来描绘电子在原子核周围的概率分布，这比单纯的轨道概念要直观得多。同时，书中还穿插了一些对原子模型发展史的回顾，让我了解了这些理论是如何一步步演化而来的，这对于理解其精髓非常有帮助。

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这本书在讲解统计力学方面，给我的体验简直是惊喜。我之前一直认为统计力学是物理化学中最“硬核”的部分，充满了复杂的概率论和组合数学。但《物理化学简明教程》却能用一种相对容易理解的方式，将微观粒子的统计行为与宏观热力学性质联系起来。作者巧妙地引入了“微观状态”和“宏观状态”的概念，并通过简单的例子，比如不同颜色的球的组合，来解释熵是如何产生的。这种“由微观推向宏观”的思路，让我对热力学第二定律有了更深刻的理解，不再是简单地记住“熵增”这个结论，而是理解了其背后的统计学意义。

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这本书的语言风格也非常适合初学者。作者避免了过于专业和生涩的术语，而是用一种平实质朴的语言来阐述复杂的科学原理。即使是第一次接触物理化学的学生，也能轻松地跟上作者的思路。而且，书中对于一些容易混淆的概念，作者会反复强调，并给出不同的解释角度，力求让读者彻底理解。我尤其喜欢书中那些“点拨”式的提示，它们常常能在我感到困惑时，给我指明方向，让我豁然开朗。

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我特别喜欢这本书的案例分析部分。它不仅仅是陈述理论，而是将理论知识应用到实际的科学研究和工业生产中。比如在讲到表面化学时，书中就详细介绍了催化剂的活性位点、吸附等温线以及表面张力的概念，并且通过对工业催化、泡沫分离、润湿等现象的深入剖析，让我看到了物理化学在解决实际问题中的强大能力。这些案例的选取都非常有代表性，而且讲解得非常透彻，让我能够将学到的理论知识与实际应用紧密地结合起来，大大提升了我解决实际问题的能力。

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我不得不说，这本书的逻辑结构设计得非常巧妙。它不是那种枯燥乏味的堆砌公式的教材，而是层层递进，将各个概念有机地联系起来。在学习溶液的性质时，我一开始还担心会涉及到大量的数学计算，结果发现作者巧妙地将理论与实例结合，通过对不同溶质在溶剂中溶解度、蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低等现象的细致分析，让我深刻理解了依数性的概念，以及它背后所蕴含的微观相互作用。更令人惊喜的是，书中还穿插了一些关于实际应用的小案例，比如海水淡化、药物的制剂等等，这些都让我看到了物理化学在解决实际问题中的巨大价值，极大地激发了我学习的兴趣和动力。

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这本《物理化学简明教程》真是打开了我新世界的大门！我之前对物理化学的概念总是有点模糊，觉得它抽象又难懂，像是在跟一群看不见的粒子打交道，它们的运动轨迹、能量状态，还有那些复杂的公式，都让人望而却步。但这本书，它就像一位循循善诱的良师益友，把那些原本令人头疼的理论，一点一点地剥开，用通俗易懂的语言和生动形象的比喻，呈现在我眼前。我尤其喜欢它在讲解热力学第一定律时，没有直接抛出复杂的数学推导，而是从我们日常生活中熟悉的能量守恒现象讲起，比如烧水、汽车发动机工作，再逐步引导到微观粒子之间的能量交换。这种由宏观到微观的过渡，让我感觉物理化学不再是遥不可及的象牙塔里的学问，而是与我们生活息息相关的科学。

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