A Survey of Thermodynamics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Bailyn, Martin

出品人:

页数:480

译者:

出版时间:1994-1

价格:$ 95.99

装帧:

isbn号码:9780883187975

丛书系列:

图书标签:

• 热力学
• 统计力学
• 物理学
• 工程热力学
• 传热学
• 能源
• 物理化学
• 经典力学
• 科学
• 教材

经典物理学的基石：物质与能量的宏观探索 一部深度剖析热力学原理及其在自然界与工程领域广泛应用的权威著作。 本书旨在为读者提供一个全面、严谨且富有洞察力的热力学知识体系。它超越了对基本概念的简单介绍，深入探讨了热力学作为物理学核心分支的内在逻辑、数学框架及其在理解世界运行机制中的决定性作用。本书的结构设计旨在引导读者，从宏观现象的观察出发，逐步构建起对能量、熵、平衡态的深刻理解，并最终能够应用这些原理解决复杂的实际问题。 第一部分：热力学的基本概念与定律——构建理论的基石 本部分奠定了整个热力学理论的基石。我们首先引入热力学系统的概念，详细区分了宏观系统与微观粒子行为的差异，以及准静态过程、可逆过程与不可逆过程的精确定义。对状态函数与路径函数的讨论是本章的核心，通过严格的数学描述，明确了哪些量只取决于系统的当前状态，哪些量取决于系统经历的过程。 温度与热平衡： 温度的引入不仅仅是经验上的量度，更是热力学第三定律的先声。通过对零级定律的详尽阐述，我们确立了温度作为客观物理量在理论体系中的地位。随后，我们深入探讨了热量的本质，以及它在系统边界上的传递机制——传导、对流与辐射，并将其与功的形式联系起来。 能量的守恒： 热力学第一定律，即能量守恒定律，是本书论述的中心支柱之一。本书不仅重述了 $Delta U = Q + W$ 的形式，更侧重于其在各种工程循环（如卡诺循环、朗肯循环）中的具体应用。我们详细分析了内能的性质，以及功的各种形式（压力-体积功、剪切功、电功等）的精确计算方法。对于理想气体、真实气体以及流体的功的计算，提供了详尽的推导过程和实例。 熵与过程的方向性： 热力学第二定律是理解自然界不可逆性的关键。本书对熵的概念给予了极高的重视。我们从克劳修斯不等式出发，导出了熵的微积分定义，并深入探讨了熵在孤立系统中的行为。重点解析了卡诺定理和克劳修斯定理，阐明了热机效率的理论极限。第二定律的统计力学诠释——玻尔兹曼关系，虽然作为宏观理论的补充，但为理解熵的微观根源提供了深刻的见解。对于不可逆过程中的熵产生（熵增原理）的量化，是评估系统性能和过程优劣的重要工具。 系统的极限状态： 热力学第三定律——关于绝对零度的不可达到性，被系统地纳入理论框架。这不仅限制了低温工程的可能性，也为热力学温标的确定提供了终极参考点。 第二部分：热力学关系的拓展与应用——从状态函数到平衡态 在掌握了基本定律后，本部分致力于利用数学工具，挖掘状态函数之间的内在联系，并将其应用于更复杂的物理化学现象。 热力学方程组的推导： 麦克斯韦关系式的推导是本章的亮点。通过四个基本热力学势（内能 $U$、焓 $H$、亥姆霍兹自由能 $A$ 和吉布斯自由能 $G$）的定义，我们系统地利用偏微分关系，推导出了这些看似抽象的关系式。理解这些关系，使得我们能够仅通过易于测量的量（如比热、膨胀系数、压缩系数）来计算难以直接测量的量（如焦耳-汤姆逊系数）。 相变与化学平衡： 吉布斯自由能 $G$ 在化学热力学中扮演着核心角色。本书详细论述了相平衡的条件，特别是克拉珀龙方程（Clapeyron Equation）和克劳修斯-克拉珀龙方程（Clausius-Clapeyron Equation）如何描述纯物质在不同压力和温度下的相态转变，如汽化、熔化和升华。 对于多组分系统，本书引入了化学势的概念，并利用吉布斯相律，精确预测了在给定温度和压力下，系统可能存在的相的数量和自由度。化学反应的热力学平衡，通过反应的吉布斯自由能变化 $Delta G_r$ 来判断反应的方向和程度，本书提供了计算复杂反应平衡常数的方法，并讨论了压力和温度对平衡位置的动态影响。 第三部分：开放系统与传输现象——热力学在工程中的延伸 本部分将理论应用于更贴近实际工程和自然界流体系统的场景，引入了动量和质量的传递概念。 流体动力学中的热力学： 对于流动系统，需要引入流量和控制体（Control Volume）的概念。本书详细分析了稳态和非稳态流动过程中的能量方程，特别关注了管道流动、涡轮机和泵的工作原理。对于气体动力学，如等熵流、滞止状态的计算，以及边界层内的能量交换，均进行了深入探讨。 传输现象的理论基础： 虽然严格意义上的传输现象（动量、热量、质量传递）属于更细致的物理学范畴，但本书从热力学驱动力的角度引入了这些概念。热力学第二定律为我们理解这些传输过程的不可逆性提供了宏观视角。例如，温度梯度是驱动热传导的“力”，而浓度梯度驱动质量扩散。本书简要概述了傅里叶定律、菲克定律和牛顿粘性定律在热力学背景下的地位，强调了它们与熵产生率的关系。 应用实例与案例分析： 全书穿插了大量的工程实例，包括：蒸汽动力循环（Rankine Cycle）的效率优化、制冷循环（Vapor Compression Cycle）的性能分析、燃气轮机的工作原理以及热力学在材料科学中的初步应用，如合金的相图解释。 总结： 本书结构严谨，逻辑清晰，不仅是热力学原理的教科书，更是一部引导读者洞察宇宙基本运行法则的工具书。它要求读者具备扎实的微积分和线性代数基础，并致力于培养读者将抽象的物理定律应用于解决现实世界复杂问题的能力。阅读完毕后，读者将能够独立分析和设计涉及能量转换和物质平衡的各种过程。

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从排版和装帧来看，这本书显然是面向专业读者而非初学者。字体选择偏向于典雅的衬线体，图表的清晰度毋庸置疑，那些相图和P-V、T-S图都做得非常专业，色彩运用克制而有效，真正起到了辅助理解的作用，而不是分散注意力。但是，如果要找一个“缺点”，也许就是它的“学术性”略显冷峻。书中的例题设计，几乎都直接对应着教科书级别的标准推导，缺少一些更贴近工业实际的、需要进行复杂数值处理的案例分析。比如，如果能加入更多关于多组分系统的相平衡计算流程，或者对一些经典工程热力学循环（如燃气轮机或斯特林循环）进行更细致的动态分析，那就更完美了。尽管如此，本书在对基本概念的哲学内涵探讨上，做得非常到位。比如，作者对“热寂”的讨论，不是简单地描述宇宙的最终命运，而是探讨了我们在有限宇宙内如何定义有效能量和可用功的边界，这种深入到形而上学的讨论，极大地拓宽了读者的思维空间。它更像是一本让你在深夜里，捧着一杯咖啡，沉思物理世界本质的读物。

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这本书，说实话，拿到手的时候我就感觉沉甸甸的，光是封面那种磨砂质感，就透露出一种严谨和厚重。我本职是做材料学的，平时接触热力学概念，但多是应用层面的，很少深入到理论推导的细节。翻开第一章，作者开篇就提出了一个很有意思的观点：我们对能量的直观理解，往往是建立在宏观经验之上的，而真正的热力学，是一种对“不可能”的精确量化。书中对基础公设的阐述非常细腻，比如熵增原理，它不是简单地告诉你“事物会趋于混乱”，而是通过统计力学的视角，非常清晰地展示了微观态数量爆炸性增长的必然性。我特别欣赏作者在处理等温、绝热过程时，不是直接套用公式，而是用一系列精心设计的思想实验来引导读者构建物理图像。比如，关于卡诺循环的讨论，作者花了大量篇幅去比较“理想化”和“实际操作”中的效率损失，这对于我这种习惯于在实际工程中与“效率打折”作斗争的人来说，非常有启发性。它不仅仅是一本教科书，更像是一场与经典物理学思维方式的深度对话，让你重新审视那些你以为已经了如指掌的基本定律，从而在面对前沿问题时，能够更坚实地立足于理论基石之上。对于任何希望从“会用公式”跃升到“理解原理”的读者，这本书绝对是值得细细研读的宝典。

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我是在一个跨学科项目组的压力下不得不开始阅读这本专著的。坦率地说，我更擅长处理随机过程和数值模拟，对于解析解的推导感到有些力不从心。这本书最让我感到亲切的特点，或许是它对“统计视角”的强调与回归。很多时候，我们习惯了用宏观的、唯象的热力学定律来描述系统，但这本书总能巧妙地将我们拉回到玻尔兹曼的视角。书中关于理想气体在相空间中的运动描述，以及如何通过平均行为来重构宏观压力和温度，这个过程的阐述异常流畅。特别是对“涨落”现象的讨论，作者用了好几页篇幅来展示微观不确定性是如何在宏观尺度上被平均掉，但又在特定条件下（比如非常小的系统中）重新显现出来。这一点对于理解噪声和信息论在物理学中的交叉应用至关重要。这本书的阅读难度虽然高，但其最大的馈赠在于，它教会了我如何构建一个从微观粒子运动到宏观热力学定律的完整、自洽的桥梁。它不是教你如何快速解决一个工程问题，而是赋予你一套全新的、更底层的物理语言去构建任何热力学模型。

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我必须说，这本书的阅读体验是极其“硬核”的，它要求你拿出高中到大学前两年微积分和线性代数的所有储备，并且还得保持高度专注。它不像市面上一些流行的科普读物那样，用比喻和类比来稀释概念的难度，恰恰相反，作者似乎在刻意挑战读者的数学功底。对于我这种偏向实验数据处理的科研人员来说，有时候光是跟上推导的节奏就颇为吃力。举个例子，在处理吉布斯自由能和亥姆霍兹自由能的偏微分关系时，书中涉及到了大量的多变量微积分和拉格朗日乘数法，即便是查阅了辅助参考资料，也得花上数倍时间才能完全吃透每一步的物理意义。然而，一旦你咬牙坚持下来，那种“拨云见日”的成就感是无与伦比的。这本书的价值不在于让你“快速掌握”热力学，而在于让你“彻底征服”热力学。它建立了一套严密的逻辑框架，使得后续涉及相变、化学平衡甚至统计物理的章节，都像是自然而然地从前置的定理中涌现出来的。它更像是一部古典音乐的乐谱，需要你耐心地去识别每一个音符的精确位置和力度，才能最终体会到宏大而和谐的交响乐章。

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这本书的编排结构，说实话，一开始让我有些困惑，但读到后半段才体会到其中的深意。它没有采取传统的热力学教材那种“先讲定律，再讲应用”的线性叙事方式。相反，它似乎是围绕着“做功”和“能量传递的不可逆性”这条主线在展开。前几章更多地是在建立宏观描述的完备性，像是在为后续的深入打地基。但最让我眼前一亮的，是关于非平衡态热力学的引入。作者并没有将此视为一个附录或选读章节，而是用相当大的篇幅去探讨了开放系统中的熵产生机制，这对于研究生物物理或者环境科学的同行来说，简直是打开了一扇新的窗户。它没有止步于经典的热力学第二定律的表述，而是直接指向了诸如最小熵产生原理这类更具现代意义的理论工具。这种处理方式，使得全书的张力始终保持在一个很高的水平，让你感觉这不是一本回顾历史的书，而是一部正在进行时的物理学前沿探索记录。阅读过程中，我发现自己不自觉地开始用这种“流”和“梯度”的思维去观察日常现象，比如热传导、物质扩散，都仿佛被赋予了新的动力学解释。

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