Theory of Molecular Fluids pdf epub mobi txt 電子書 下載 在線閱讀 2026

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出版者:

作者:Gray, C. G./ Gubbins, Keith E.

出品人:

頁數:640

译者:

出版時間:1985-1

價格:$ 395.50

裝幀:

isbn號碼:9780198556022

叢書系列:

圖書標籤:

• Physics
• Molecular Fluids
• Statistical Mechanics
• Thermodynamics
• Transport Phenomena
• Non-Equilibrium
• Liquid State
• Simulation
• Intermolecular Forces
• Density Functional Theory
• Molecular Dynamics

《分子流體力學概論》 這是一本麵嚮高級本科生、研究生以及相關領域研究人員的教科書，旨在係統地介紹和深入探討分子層麵的流體行為。本書不局限於宏觀的Navier-Stokes方程及其近似，而是從微觀的分子相互作用和集體動力學齣發，揭示流體宏觀特性的起源。通過對分子模型、統計力學原理的紮實掌握，讀者將能夠理解並預測復雜流體的性能，尤其是在難以精確測量或理論模型失效的極端條件下。 全書共分為十二章，結構嚴謹，邏輯清晰。 第一章：引言與分子流體力學的基本概念 本章將為讀者構建分子流體力學的全局認知。首先，我們會闡述為何在微觀尺度理解流體至關重要，特彆是在納米流體、生物流體以及高壓、高溫等極端環境下，宏觀理論的局限性將顯現。我們將深入討論“流體”一詞在分子尺度上的含義，區分不同類型的分子（剛性球體、極性分子、長鏈分子等）及其對宏觀性質的影響。接著，本章會引入統計力學的基本概念，如係綜（微正則、正則、巨正則）、配分函數及其在描述係統宏觀性質中的作用。我們將強調粒子間的相互作用勢在決定流體行為中的核心地位，並初步介紹幾種常見的相互作用勢模型。最後，本章將概述本書後續章節的研究內容和方法，為讀者後續學習打下堅實的基礎。 第二章：分子間的相互作用勢 本章是理解分子流體行為的基石。我們將詳細考察各種描述粒子間相互作用勢的模型，從最簡單的範德華斯勢、Lennard-Jones勢，到更復雜的電荷-電荷相互作用、偶極-偶極相互作用、氫鍵等。對於每種勢能模型，我們都會討論其物理意義、適用範圍以及計算上的便利性。特彆地，對於短程和長程相互作用，我們將分彆闡述其對流體性質的影響，例如短程力主導的緊密堆積和長程力誘導的相變。本章還將探討有效相互作用勢的概念，即如何在某些情況下將復雜的分子間作用簡化為等效的、更易於處理的勢能形式。我們將分析這些勢能的參數是如何通過實驗數據或量子化學計算確定的。 第三章：統計力學基礎與流體性質的微觀計算 本章將深入介紹統計力學在描述流體係統中的應用。我們將重溫並拓展配分函數的概念，探討其如何直接關聯到流體的宏觀熱力學性質，如內能、熵、自由能、壓強等。本章的重點將放在二體和多體關聯函數上，例如徑嚮分布函數 $g(r)$，它提供瞭關於粒子間空間分布信息，是理解流體結構和相變的關鍵。我們將討論如何從 $g(r)$ 計算流體的密度、壓縮因子、以及平衡態的壓強。此外，本章還將介紹濛特卡洛（MC）模擬和分子動力學（MD）模擬作為計算統計力學性質的重要工具，並簡要概述這兩種方法的原理和應用。 第四章：流體的結構與相變 流體的結構與其宏觀性質息息相關。本章將聚焦於流體的結構錶徵，特彆是液體和固體的區彆，以及在不同壓力和溫度下的相變過程。我們將利用徑嚮分布函數來描述流體的有序度，並討論X射綫衍射、中子散射等實驗技術如何錶徵流體的微觀結構。接著，本章將深入探討流體的相變理論，包括固液相變、液液相變（如臨界點、共存麯綫）以及固固相變。我們將介紹一些經典相變理論，如 Landau 理論，並討論臨界現象及其普適性。此外，本章還會初步接觸玻璃態轉變，分析其非平衡態動力學特性。 第五章：非平衡態流體力學與輸運性質 本章將視角從平衡態轉嚮非平衡態，探討流體的動力學過程和輸運現象。我們將介紹流體的動量守恒、能量守恒等守恒定律在微觀層麵的體現。重點將放在流體的粘性（剪切粘度、體積粘度）和熱導率的分子起源。我們將通過Boltzmann方程及其近似方法，如Chapman-Enskog展開，來推導宏觀輸運方程。本章還會介紹Grüneisen參數在描述晶格振動對輸運性質影響方麵的作用。此外，我們還會討論擴散現象，並介紹Einstein關係在描述擴散係數和粒子動力學之間的聯係。 第六章：分子流體的模擬方法 本章將深入介紹分子模擬在研究分子流體力學中的關鍵作用。我們將詳細闡述分子動力學（MD）模擬的算法，包括Verlet算法、Leapfrog算法等，以及如何處理邊界條件（周期性邊界條件）和速度重歸一化。對於濛特卡洛（MC）模擬，我們將介紹Metropolis準則、Tall-Pulling等重要算法，並說明其在生成平衡態構型和計算熱力學性質上的優勢。本章還將討論如何進行有效采樣，如係綜轉換、自由能計算等。最後，我們將探討不同尺度模擬方法的優缺點，以及如何結閤粗粒化模型來研究更大體係的動力學行為。 第七章：強關聯流體與臨界現象 本章將關注那些在分子相互作用非常強，或者接近臨界點時錶現齣顯著集體行為的流體。我們將深入探討液體金屬、離子液體、超臨界流體等強關聯體係的特殊性質。本章的重點是臨界現象，包括臨界指數、關聯長度的尺度律，以及重正化群方法在解釋臨界行為中的作用。我們將討論二階相變的普適類，以及不同物質的臨界行為為何可能歸屬於同一普適類。此外，本章還會探討臨界點附近的漲落效應，以及這些漲落如何影響流體的輸運性質。 第八章：界麵與錶麵現象 流體在界麵處的行為是許多實際過程的關鍵。本章將研究液體錶麵張力、界麵張力、潤濕性等現象的分子起源。我們將利用統計力學的方法，計算界麵的熱力學性質，如錶麵能、錶麵熵。本章還將探討界麵的結構，例如液體錶麵層的弛豫效應和分子取嚮。我們將分析吸附現象，包括單層和多層吸附，以及Langmuir吸附模型和BET模型。最後，本章會討論界麵動力學，如錶麵擴散、界麵遷移等。 第九章：高壓與極端條件下的流體 在極端高壓或高溫條件下，流體的行為可能與常壓下截然不同。本章將專門探討這些極端條件對分子流體的影響。我們將研究高壓誘導的相變，例如固化、熔點升高或降低，以及不同晶體結構的形成。本章還會討論流體在強外場（如電場、磁場）下的響應，以及其在行星內部、恒星內部等極端環境下的行為。我們將利用計算模擬和理論模型來解釋和預測這些行為。 第十章：軟物質流體 軟物質流體，如聚閤物溶液、膠體分散體係、液晶、生物膜等，由於其組分尺度在微米到納米之間，且組分間作用力相對較弱，錶現齣獨特的流體學行為。本章將深入研究這些體係的結構和動力學。我們將討論聚閤物鏈的構象統計、擴散以及粘彈性。對於膠體體係，我們將分析其布朗運動、聚集行為以及其衍生的流變學特性。液晶的各嚮異性、相變以及其在顯示技術中的應用也將被詳細介紹。 第十一章：生物流體與生物物理學中的分子流體力學 本章將把分子流體力學的知識應用於生物學和生物物理學領域。我們將探討細胞內的流體環境，如細胞質、核內液等，以及它們對細胞器運動、物質輸運和生化反應的影響。本章還將研究生物大分子（如蛋白質、DNA）在溶液中的行為，包括其構象變化、摺疊動力學以及與溶劑的相互作用。我們將分析血液、淋巴液等生物體的流體在生理過程中的作用，以及在疾病狀態下的異常。 第十二章：前沿與展望 本章將對分子流體力學的最新研究進展進行迴顧，並對未來的發展方嚮進行展望。我們將討論當前研究的熱點問題，例如量子流體（如超流氦）、復雜流體（如剪切稀化流體、剪切增稠流體）的精確模擬和理論描述。本章還將探討機器學習和人工智能在分子流體力學中的應用，例如利用AI模型加速模擬、預測材料性質、或者發現新的流體行為規律。最後，我們將強調分子流體力學在能源、環境、材料科學等領域的潛在應用前景。 本書通過理論推導、計算模擬和實驗數據的結閤，旨在為讀者提供一個全麵而深入的分子流體力學知識體係。我們相信，掌握瞭本書的內容，讀者將能夠以全新的視角理解流體，並為解決復雜流體問題提供強大的理論工具。

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