Modern Thermodynamics With Statistical Mechanics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Helrich, Carl S.

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:765.00 元

装帧:

isbn号码:9783540854173

丛书系列:

图书标签:

• 热力学
• 统计力学
• 现代物理
• 物理化学
• 凝聚态物理
• 熵
• 吉布斯自由能
• 相变
• 非平衡态热力学
• 分子动力学

《热力学与统计力学：宏观世界的规律与微观粒子行为的交织》 这本书将带领读者踏上一段探索物质宏观性质与微观粒子运动之间深刻联系的旅程。我们将从热力学的基本原理出发，揭示能量、功、热、熵等核心概念如何支配着自然界中各种现象的演变。随后，我们将深入统计力学的迷人世界，学习如何利用概率和统计的方法来理解和预测大量粒子的集体行为，以及这些微观行为如何最终体现在宏观的热力学性质之中。 第一部分：热力学的基石——宏观世界的普遍法则 我们将从热力学第一定律开始，即能量守恒定律。这不是一个抽象的概念，而是我们理解一切能量转化过程的基础。无论是引擎的运转、发电厂的能量生产，还是生物体的新陈代谢，都严格遵循能量在转化过程中总量不变的原则。我们将探讨功与热的区别与联系，理解在宏观尺度下，能量如何通过这两种形式进行传递。本书将通过丰富的实例，比如理想气体的膨胀与压缩、相变过程中的能量变化，来直观地展示第一定律的应用，帮助读者建立起对能量流动的深刻洞察。 紧接着，我们将迎来热力学第二定律的讨论。这一定律往往被认为是“最令人困惑”但又“最深刻”的热力学定律。我们将从不同的表述（如克劳修斯表述和开尔文-普朗克表述）出发，理解熵的概念。熵，通常被理解为系统的无序度或混乱度，但更重要的是，它描述了自然过程的不可逆性。我们将探讨为什么许多过程只会朝着一个方向进行，例如热量总是自发地从高温物体流向低温物体，而不会反向进行。通过对卡诺循环、朗肯循环等经典热力学循环的深入分析，我们将理解理想热机的效率极限，以及在实际应用中提高效率的挑战。本书将不仅仅停留在理论层面，还会讨论熵增原理在日常生活中的体现，例如房间随着时间推移会变得凌乱，或者一杯热咖啡最终会冷却到室温。 热力学第三定律，即绝对零度的不可达到性，也将是我们探讨的内容。我们将理解为什么我们无法将任何物体的温度降至绝对零度，以及这一定律对我们理解物质在极端低温下的性质有何启示。此外，我们还将引入热力学势能的概念，如吉布斯自由能和亥姆霍兹自由能。这些势能提供了一种更便利的方式来判断一个过程是否能自发进行，尤其是在恒温恒压或恒温恒容条件下。我们将学习如何利用这些势能来预测化学反应的发生方向、相平衡的条件，以及溶解过程的能量变化。 第二部分：统计力学的桥梁——连接微观与宏观的纽带 在奠定了热力学的宏观基础之后，我们将转向统计力学的世界。在这里，我们不再仅仅关注宏观系统的整体行为，而是深入到构成物质的无数微观粒子（原子、分子）的层面。统计力学的核心思想在于，虽然我们无法追踪每一个粒子的精确运动轨迹，但通过概率和统计的方法，我们可以描述大量粒子的集体行为，并将其与宏观热力学性质联系起来。 我们将从最简单的模型开始，例如理想气体的统计力学模型。我们将学习如何计算大量气体分子的平均动能，以及这些平均动能如何对应于我们宏观上感受到的温度。我们将引入微观状态和宏观状态的概念，理解一个宏观状态可以对应无数个微观状态，而统计力学的目标就是找到宏观状态出现的概率。 本书将详细介绍三种基本的统计系综：微正则系综（孤立系统）、正则系综（恒温系统）和巨正则系综（恒温恒容系统）。我们将学习每种系综的特点，以及如何通过计算配分函数来导出系统的各种宏观热力学量，例如内能、熵、热容和压强。配分函数是统计力学中的核心工具，它包含了系统所有可能状态的信息，并且能够方便地通过量子力学的概念来理解。 我们将探讨玻尔兹曼分布，它描述了粒子在不同能量状态下出现的概率。这将帮助我们理解为什么在热平衡状态下，能量会以特定的方式分布在粒子之间。对于费米子和玻色子等量子粒子，我们将引入费米-狄拉克统计和玻萨-爱因斯坦统计，并探讨它们在描述电子、光子等粒子系统中的重要性。这将为我们理解固体物理、激光等现代科技打下基础。 第三部分：热力学与统计力学的融会贯通——应用与拓展 在掌握了热力学和统计力学的基本原理后，本书将进一步探讨它们之间的深刻联系，并将其应用到更广泛的领域。我们将重新审视熵的概念，从微观角度来理解熵增的统计学根源，即系统趋向于更大概率出现的宏观状态。我们将讨论信息论与熵的关系，理解信息与不确定性之间的微妙联系。 本书还将深入研究相变过程，例如固液气相变。我们将利用统计力学的方法来解释相变的发生条件，以及临界现象的出现。例如，我们将探讨为什么在临界点附近，物质的某些性质会发生奇特的涨落。 我们还将讨论一些更高级的话题，例如： 化学热力学： 如何利用热力学原理来预测化学反应的平衡常数、驱动力以及反应速率。我们将探讨吉布斯自由能的意义，以及它如何决定一个化学反应是否能够自发进行。 表面和界面现象： 学习表面张力、吸附等概念，理解微观粒子在界面处的特殊行为如何影响宏观系统的性质。 非平衡态热力学： 简要介绍非平衡态热力学的基本思想，例如如何描述远离平衡状态的系统，以及通量与力之间的线性关系（如傅里叶定律、欧姆定律等）。 通过大量的例子和精心设计的习题，本书旨在帮助读者建立起清晰的逻辑思维，掌握解决热力学和统计力学问题的基本方法。我们将鼓励读者将书中所学知识应用到实际生活中，理解周围世界中各种现象背后的物理原理。从微观粒子的奇妙舞蹈到宏观世界的宏伟定律，这本书将为您揭示宇宙运行的深层奥秘，让您深刻体会到微观世界的精妙与宏观世界的规律是如何完美地交织在一起的。

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