Thermodynamics

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出版者:CRC
作者:Earl Logan Jr.
出品人:
页数:440
译者:
出版时间:1999-06-18
价格:USD 129.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9780824799595
丛书系列:
图书标签:
  • 热力学
  • 物理学
  • 工程
  • 化学
  • 能源
  • 传热
  • 流体力学
  • 统计物理
  • 材料科学
  • 热机
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具体描述

Provides a solid grounding in the basic principles of the science of thermodynamics proceeding to practical, hands-on applications in large-scale industrial settings. Presents myriad applications for power plants, refrigeration and air conditioning systems, and turbomachinery. Features hundreds of helpful example problems and analytical exercises. Solutions manual is available to instructors.

《热力学:万物运动的内在法则》 在浩瀚的宇宙中,从微小的原子碰撞到宏大的星系演化,无不遵循着一套深刻而普适的法则。这套法则,便是我们所称的“热力学”。它并非仅仅是关于温度、热量和功的枯燥计算,而是洞察物质世界运行机制的钥匙,揭示能量转化与物质形态变迁背后那不容置疑的秩序。《热力学:万物运动的内在法则》这本书,正是为了引领您深入探索这一迷人的科学领域而精心打造。 本书并非旨在涵盖所有热力学理论的细节,而是侧重于阐释其核心概念、基本定律以及在现实世界中的广泛应用,旨在构建一个清晰、连贯且富有启发性的理解框架。我们将从最基础的“什么”开始,逐步深入到“如何”和“为何”。 第一篇:物质与能量的基石——热力学的初步认知 在本书的开篇,我们将首先建立对热力学基本概念的直观认识。热力学研究的对象是“系统”,即我们关注的特定区域或物质集合,而系统之外的一切则构成“环境”。理解系统边界的定义,是进行任何热力学分析的前提。我们将探讨“状态”的概念,即系统在某一时刻的宏观性质,如温度、压力、体积、内能等,这些性质的集合决定了系统的状态。 能量,作为宇宙中最基本的“货币”,在热力学中扮演着核心角色。我们不仅会介绍“热量”和“功”这两个能量传递的常见形式,还会深入到“内能”这一更为本质的概念。内能是系统内部所有微观粒子动能和势能的总和,它代表了系统储存的能量。理解内能的性质,是理解热力学第一定律的关键。 此外,本书还将引入“温度”这一我们日常生活中再熟悉不过的概念,但在这里,我们将从微观粒子的运动强度角度赋予其科学的定义。温度的升高意味着粒子运动愈加剧烈,而温度的降低则相反。这种微观层面的理解,能帮助我们更深刻地把握热力学现象的本质。 第二篇:宇宙的演进法则——热力学定律的深刻揭示 热力学定律是构建整个学科的基石,它们如同自然界的宪法,规定了能量转化和物质变化的根本约束。 热力学第一定律:能量守恒的庄严宣告 本书将详细阐释热力学第一定律,即能量守恒定律。它告诉我们,在一个孤立系统中,能量既不会被创造,也不会被消灭,只能从一种形式转化为另一种形式。我们将通过生动的例子,比如发动机工作、食物消化过程,来展示能量在不同形式之间的转化,以及系统能量的变化如何与外界进行热量和功的交换相联系。理解第一定律,能够帮助我们分析能量的得失,从而预测系统的行为。 热力学第二定律:熵增与不可逆性的深刻寓意 如果说第一定律描述了能量“能”做什么,那么第二定律则界定了能量“倾向于”做什么,以及过程的“方向性”。我们将深入探讨“熵”这一概念,它通常被理解为系统的“无序度”或“混乱度”。第二定律的核心思想是,在一个孤立系统中,熵总是倾向于增加,或者保持不变(在可逆过程中),绝不会自发减少。这意味着自然界的许多过程都是不可逆的,例如一杯热咖啡会逐渐冷却,但冷却的咖啡不会自发地变热。 本书将运用多种表述方式来阐释第二定律,包括克劳修斯表述、开尔文-普朗克表述,并着重讲解其对过程方向性、能量品质下降以及宇宙终极命运的深远启示。我们将看到,第二定律不仅是关于效率的限制,更是关于自然演进方向的根本法则。 热力学第三定律:绝对零度的遥远边界 本书还将简要介绍热力学第三定律,它阐述了在绝对零度(0开尔文)时,任何纯净、完美的晶体熵都趋于零。尽管绝对零度是一个理论上的极限,难以完全达到,但第三定律为我们确定熵的绝对值提供了一个基准,并在理论上限制了能量的利用。 第三篇:热力学的广泛应用——洞察世界的运作 热力学并非仅仅是抽象的理论,它渗透到我们生活的方方面面,并驱动着现代文明的发展。 从内燃机到发电厂:能量转化的力量 我们将审视热力学在各种动力机械中的应用,从汽车发动机将燃料的化学能转化为机械能,到蒸汽轮机和燃气轮机在发电厂中将热能转化为电能。理解这些装置的效率限制,以及热力学第二定律如何影响其性能,是理解现代能源系统的关键。 制冷与空调:逆向而行的能量控制 热力学也揭示了如何“逆向”控制能量的流动。我们将探讨制冷机和空调系统的工作原理,它们利用功来将热量从低温区域转移到高温区域,这看似违背了熵增定律,但实际上是通过消耗外部能量来实现的。 材料科学与相变:物质形态的内在逻辑 许多材料的性质和行为,都与热力学原理紧密相关。本书将简要介绍相变的概念,例如水从冰融化成水,再蒸发成蒸汽。理解不同相之间的能量关系和平衡条件,是材料设计和加工的基础。 化学反应的驱动力:平衡与转化 化学反应的发生和进行方向,同样受到热力学法则的支配。我们将介绍吉布斯自由能等概念,它们能够预测化学反应能否自发进行,以及反应的平衡点在哪里。这对于药物研发、工业催化等领域至关重要。 宇宙的宏观视角:从星辰到生命 热力学定律在宇宙尺度上同样适用。从恒星的诞生与死亡,到黑洞的霍金辐射,再到地球上生命的演化,都与能量的转化和熵的增加息息相关。虽然我们将不会深入探讨天体物理学或生物热力学,但会提供一个宏观的视角,展示热力学是如何塑造宇宙的。 学习热力学的价值 《热力学:万物运动的内在法则》并非提供一个完整的公式大全,而是旨在培养读者的“热力学思维”。这种思维方式能够帮助您: 理解过程的方向性: 认识到哪些过程是可能发生的,哪些是不可能的,以及它们发生的倾向。 评估效率极限: 理解任何能量转化都存在理论上的效率上限,并能据此判断实际技术的优劣。 预测系统行为: 基于热力学原理,对物质在不同条件下的状态和转化做出预测。 欣赏自然的秩序: 从更深层次上理解宇宙运行的内在逻辑和规律。 本书的目标是,无论您是希望深入学习物理学、化学、工程学的学生,还是对自然科学充满好奇的探索者,都能通过阅读本书,建立起对热力学的清晰认知,并能够将这些深刻的原理应用于理解和解决现实世界中的各种问题。热力学,是关于能量如何流动,物质如何变化,以及宇宙为何如此运行的根本学科。让我们一起踏上这场揭示万物运动内在法则的精彩旅程。

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读后感

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用户评价

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这本书的阅读体验,坦白地说,更像是一场与一位极其严谨且富有耐心的导师进行的深度对话。它不满足于表面现象的解释,而是执着于探究“为什么”——为什么能量守恒是宇宙的铁律?为什么熵增是单向不可逆的?作者的笔触极其精准,每一个定义、每一个推导都像经过了最精密的打磨。我特别欣赏书中对“可逆过程”和“真实过程”之间差异性的探讨,这不仅是物理学上的区分,更是一种对理想模型与现实局限性的深刻反思。在阅读过程中,我不得不时常停下来,反复演算书中的例子,尤其是在涉及统计力学和相变的章节,那种将宏观热力学定律建立在微观统计基础上的构建过程,展现了物理学思维的优雅和力量。这本书的难度不容小觑,它要求读者具备一定的数学基础和逻辑耐心,但回报也是巨大的。它不仅仅是知识的灌输,更是一种思维方式的重塑,让你学会如何用更底层的原理去审视我们周围的一切。对于专业人士来说,这可能是一本回归本源的经典重温;而对于严肃的学习者,它无疑是通往真理的一条布满荆棘却风景绝佳的小径。

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这本书的结构设计非常具有逻辑美感,仿佛一座精心搭建的知识金字塔,每一层级的概念都稳固地支撑着上层更宏大的理论框架。我尤其欣赏作者在处理熵的概念时所采取的渐进式引入策略,从经验性的热量传递,过渡到信息论视角下的不确定性度量,这种跨学科的视野拓宽了我们对“无序”这一核心概念的理解。书中对热机效率的极限分析,不仅仅是数学计算的展示,更像是一场关于资源利用和效率极限的深刻辩论,充满了对工程实践的指导意义。对我而言,这本书的最大贡献在于它清晰地界定了“热力学”这门学科的边界和核心关注点,让我在面对其他物理分支时,能更清晰地定位热力学的独特地位。它没有花哨的图解或娱乐化的叙事,完全依靠严密的逻辑和无可辩驳的原理来建立其权威性。读完后,我感觉自己对“为什么世界是这样运转的”这个问题,有了一个更为坚实、更为基础的答案支撑。这是一部值得反复研读的经典著作,每次重温都会有新的体会和感悟。

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我通常对这类偏向基础理论的著作抱持着谨慎的态度,但这本书成功地颠覆了我的预期。它最大的亮点在于其叙事节奏的把控——它非常巧妙地平衡了理论的深度和可读性。作者似乎深谙“循序渐进”的艺术,从最直观的温度、热量概念入手,逐渐引入复杂的势能函数和反馈机制。我喜欢书中对“功”和“热”这对孪生兄弟的辩证分析,它们之间的界限模糊又清晰,深刻体现了能量在不同形式间的转化与限制。特别是关于热力学第二定律的阐述部分,作者没有陷入晦涩的数学证明泥潭,而是通过一系列精妙的、贴近生活的思想实验来佐证其普适性,这极大地降低了理解门槛。读完后,我发现自己对空调制冷、内燃机效率低下这些日常现象的理解,都上升到了一个全新的、基于基本定律的层面。这本书的价值在于,它教会你如何“思考”热力学问题,而不是简单地“套用”公式。它是一本能够激发你对物理世界原始好奇心的读物,让人忍不住想去探究更多。

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说实话,这本书的字体和排版让我一开始有些退却,感觉像是翻开了一本陈旧的教科书,但一旦进入正文,那种被知识的洪流裹挟的感觉便油然而生。作者在处理历史演进和理论发展关系上做得非常到位,他没有割裂热力学的发展脉络,而是将焦耳、克劳修斯、开尔文等科学巨匠的思想有机地串联起来,让你看到一个完整的科学理论是如何在争论、实验和修正中诞生的。书中对热力学过程中的“状态函数”的讨论,简直是教科书级别的典范,它清晰地阐明了为什么某些量只取决于起始和终止状态,而与过程路径无关,这对于建立严谨的物理模型至关重要。这种对“路径依赖性”的强调,也让我联想到了更广阔的系统科学。这本书的深度是毋庸置疑的,它毫不避讳地探讨了熵增在宇宙尺度上的终极意义,让人在赞叹物理学之美的同时,也感受到一丝对有限性的敬畏。它不是一本可以快速翻阅的书,需要你投入时间去细嚼慢咽,才能品出其中蕴含的深远智慧。

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这本书简直是物理学世界的“耶路撒冷”,对于那些渴望触及物质世界最深层秘密的人来说,它提供了一条清晰而深刻的朝圣之路。我花了整整一个夏天沉浸其中,那种感觉就像是站在一个宏伟的知识殿堂的中央,四周环绕着看不尽的规律与公式。作者的叙事方式非常引人入胜,他没有将热力学仅仅局限于枯燥的能量转换和熵的增加,而是将其提升到了一种哲学的高度。你会发现,即便是最微小的气体分子碰撞,其背后都蕴含着宇宙的必然性。书中对宏观现象与微观粒子行为之间的桥梁搭建得尤为精妙,让我对“平衡”这个词有了全新的理解——它不是静止,而是一种动态的、永不停歇的博弈。尤其是对卡诺循环和热力学第三定律的阐述,那种层层递进、水到渠成的逻辑推导,让人在恍然大悟的同时,又不禁对人类思维的严谨性感到由衷的敬佩。这本书的图表和案例分析也做得非常出色,它们不是冷冰冰的辅助工具,而是帮助理解复杂概念的视觉向导。读完后,我感觉自己对热能的利用、对效率的追求,乃至对时间流逝的感知,都变得更加立体和深刻了。它真正做到了将一门基础学科讲得扣人心弦,让即便是初次接触的读者也能感受到其强大的内在魅力。

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