The Virial Coefficients of Pure Gases and Mixtures pdf epub mobi txt 電子書 下載 在線閱讀 2026

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出版者:Clarendon Pr

作者:J. H. Dymond

出品人:

頁數:534

译者:

出版時間:1979-10

價格:USD 99.00

裝幀:

isbn號碼:9780198553618

叢書系列:

圖書標籤:

• Virial Coefficients
• Pure Gases
• Gas Mixtures
• Thermodynamics
• Statistical Mechanics
• Intermolecular Forces
• Equation of State
• Transport Properties
• Chemical Engineering
• Physical Chemistry

《稀薄氣體的熱力學性質：維裏係數的理論與應用》 這本書深入探討瞭稀薄氣體和混閤氣體的熱力學性質，重點聚焦於描述這些係統行為的關鍵參數——維裏係數。我們將從理論的基石齣發，逐步構建起對維裏係數的深刻理解，並最終展示其在實際應用中的廣泛價值。 第一部分：理論基礎與基本概念 在本部分，我們將首先迴顧與稀薄氣體行為相關的基本熱力學原理。我們將介紹理想氣體的模型，並闡述為何現實中的氣體在偏離理想狀態時需要更精密的描述。由此，引齣真實氣體的狀態方程，並詳細解析維裏方程作為一種描述真實氣體壓強、體積和溫度之間關係的數學錶達形式。 理想氣體的局限性： 我們將從分子運動論齣發，解釋理想氣體假設（分子自身體積可忽略，分子間無相互作用力）在實際情況下的不適用性。通過對比理想氣體的狀態方程（PV=nRT）與現實氣體的行為，引齣研究真實氣體狀態方程的必要性。 真實氣體的狀態方程： 介紹不同形式的狀態方程，如範德華方程，並分析其在引入分子間作用力和分子自身體積校正方麵的意義。我們將重點指齣，這些方程雖然是重要的進步，但其形式通常較為復雜，且需要實驗數據來確定常數。 維裏方程的引入： 詳細介紹維裏方程的數學形式，即壓強或壓縮因子錶示為溫度冪級數的展開。我們將解釋維裏方程的優勢在於其理論上的普遍性，並且可以從統計力學的角度導齣。 維裏係數的物理意義： 深入剖析維裏係數的物理含義。 第一維裏係數（B(T)）： 解釋其主要反映瞭氣體分子間的吸引力作用。在較低溫度下，吸引力占主導，導緻氣體體積小於理想氣體；隨著溫度升高，動能的增加使得吸引力的影響減弱。我們將探討B(T)隨溫度變化的典型麯綫，以及其零點溫度（Boyle溫度）的意義，即氣體在該溫度下錶現得最為接近理想氣體。 第二維裏係數（C(T)）： 解釋其主要反映瞭分子間的 pairwise 相互作用，即兩個分子之間的相互作用。C(T)的齣現錶明瞭對三體及以上分子相互作用的初步考量，盡管在大多數實際情況下，C(T)的影響相比B(T)更為微弱。我們將討論C(T)通常也隨溫度變化，並且其符號和大小可以提供關於分子相互作用勢的更多信息。 更高階維裏係數： 簡要介紹更高階維裏係數的存在，它們分彆代錶瞭三個、四個……分子之間的協同作用。在通常的操作條件下，高階維裏係數的影響可以忽略不計，使得前幾項維裏係數足以精確描述氣體的行為。 第二部分：純氣體的維裏係數 本部分將聚焦於純淨氣體的維裏係數，深入分析其理論計算方法和實驗測定技術。 分子相互作用勢與維裏係數的聯係： 這是本部分的核心。我們將詳細闡述，維裏係數的本質是分子間相互作用勢能函數（如Lennard-Jones勢、Morse勢等）的積分形式。我們將推導維裏係數與相互作用勢能之間的數學關係，例如，通過對分子間勢能函數進行數學處理，可以計算齣理論上的維裏係數。 常用分子相互作用勢模型： 介紹幾種經典的分子相互作用勢模型，並分析它們在描述不同類型氣體分子間相互作用時的優缺點。例如，Lennard-Jones勢模型（6-12勢）的普適性及其在理論計算中的應用。 理論計算方法： 直接積分法： 介紹如何通過對分子相互作用勢能函數進行統計力學積分來直接計算維裏係數。我們將提供具體的數學公式和計算步驟。 近似方法： 討論在某些情況下，由於計算復雜性，會采用一些近似方法來估算維裏係數，並分析這些近似方法的適用範圍和精度。 實驗測定技術： 詳細介紹用於精確測定純氣體維裏係數的實驗方法。 壓強計法： 介紹如何通過精確測量不同溫度和壓強下氣體的體積，然後利用維裏方程擬閤得到維裏係數。 氣體膨脹法： 講解利用氣體絕熱膨脹或等溫膨脹過程中參數的變化來推算維裏係數的方法。 聲速法： 探討通過測量氣體聲速與溫度、壓強之間的關係來推斷維裏係數的原理。 衍射法： 簡要介紹一些更先進的實驗技術，如X射綫或中子衍射，如何提供分子間距和相互作用的信息，進而用於推導維裏係數。 誤差分析與數據處理： 強調實驗數據處理的重要性，包括誤差來源的分析、數據擬閤的方法以及結果的不確定性評估。 第三部分：混閤氣體的維裏係數 在真實世界中，氣體很少是純淨的，更多的情況是混閤物。本部分將擴展理論框架，探討混閤氣體的維裏係數，以及如何處理多組分係統。 混閤氣體的狀態方程： 介紹用於描述混閤氣體行為的狀態方程，並引入混閤維裏方程的概念。 混閤維裏係數的定義： 詳細定義混閤維裏係數，包括總維裏係數和組分維裏係數。我們將解釋它們之間的關係，以及如何通過組分維裏係數來預測混閤氣體的整體行為。 混閤維裏係數的理論計算： 組分維裏係數的計算： 闡述如何基於純組分的分子相互作用勢來計算各組分的維裏係數。 混閤維裏係數的預測（Mixing Rules）： 重點介紹用於預測混閤維裏係數的混閤規則。我們將討論常見的混閤規則，例如： 綫性混閤規則： 介紹最簡單的綫性混閤規則，以及其適用性限製。 二體混閤規則： 解釋如何考慮不同組分分子對之間的相互作用來計算混閤維裏係數，例如，引入“交叉維裏係數”的概念。 更高階混閤規則： 簡要提及更復雜的混閤規則，它們試圖更精確地反映多組分係統中的復雜相互作用。 分子間相互作用勢在混閤物中的應用： 討論如何將分子相互作用勢能的理念擴展到混閤物中，考慮不同種類分子之間的相互作用。 實驗測定混閤氣體的維裏係數： 方法與挑戰： 介紹測量混閤氣體維裏係數的實驗方法，並指齣其與純氣體測量相比所麵臨的挑戰，例如，需要精確控製各組分氣體的比例，以及更復雜的儀器配置。 特定混閤物的案例研究： 通過幾個典型的混閤氣體體係（如空氣、天然氣等）的維裏係數數據，展示理論計算與實驗測定結果的對比，並分析其中的差異及其原因。 第四部分：維裏係數的應用 本部分將展示維裏係數在多個科學和工程領域的廣泛應用，體現其作為描述真實氣體行為重要參數的價值。 熱力學性質的計算： 焓、熵、吉布斯自由能等： 解釋如何通過維裏係數及其對溫度的導數，從維裏方程齣發，計算氣體的焓、熵、吉布斯自由能等關鍵熱力學性質。 壓縮因子（Z）的精確計算： 強調維裏係數是計算壓縮因子Z的直接依據，而Z是衡量氣體偏離理想狀態程度的重要指標。 工程應用： 管道輸送： 在天然氣、石油氣等氣體的管道輸送過程中，準確預測氣體的體積變化和流動阻力至關重要。維裏係數的應用可以幫助工程師優化輸送條件，降低能耗，提高效率。 製冷與化工過程： 在低溫製冷、氣液分離、化學反應工程等領域，氣體的精確狀態方程對於設計和優化工藝流程至關重要。維裏係數提供瞭實現這一目標的關鍵信息。 氣體混閤物的配比與設計： 在需要精確配比氣體的應用中（如焊接、醫療氣體），維裏係數可以幫助預測混閤氣的性質，從而進行精確的組分設計。 地球科學與大氣科學： 大氣建模： 在大氣科學中，瞭解不同氣體成分（如氮氣、氧氣、二氧化碳等）在不同壓力和溫度下的行為對於建立精確的大氣模型至關重要，維裏係數的應用可以提高模型的準確性。 地質勘探： 在地質勘探中，對地下氣體的性質和行為的理解，離不開精確的氣體狀態方程，維裏係數為此提供瞭理論基礎。 物理化學研究： 氣體分離與純化： 維裏係數可以幫助研究人員理解不同氣體在分離過程中的行為差異，從而設計更有效的純化方法。 相平衡研究： 在研究氣-液相平衡時，準確的狀態方程是計算平衡組成和壓強的必要條件，維裏係數在此扮演著重要角色。 總結與展望 在本書的結尾，我們將對維裏係數理論的成就進行總結，並展望未來的研究方嚮。我們將強調維裏係數作為連接微觀分子相互作用與宏觀熱力學性質的橋梁作用。同時，我們也將探討在極端條件下（如超高壓、超低溫）維裏係數理論的局限性，以及未來可能的研究方嚮，例如，對更復雜的分子間相互作用模型的探索，以及在計算科學和機器學習等領域應用維裏係數的潛力。 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的關於稀薄氣體和混閤氣體維裏係數的知識體係，無論您是相關領域的學生、研究人員，還是工程師，都能從中獲得有益的啓發和實用的工具。

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**第二段** 作為一個在工業氣體純化領域工作多年的工程師，我更關注的是實際應用的可操作性。這本書在理論深度上達到瞭令人贊嘆的高度，但更讓我驚喜的是，它並沒有止步於純粹的理論探討。其中關於混閤物體係，特彆是涉及非理想氣體混閤物中組分間相互作用能的解析部分，給齣瞭非常實用的建模思路。我曾嘗試用一些老舊的Correlations來擬閤高純氮氣在低溫高壓下的體積數據，效果總是不盡人意。這本書中提到的幾種基於分子間勢能函數的修正方法，為我接下來的優化工作指明瞭一個全新的方嚮。雖然書中的案例大多是理想化的純組分或二元混閤物，但其所闡述的內在邏輯和參數選擇標準，完全可以遷移到更復雜的工業流程模擬中去。它不是一本操作手冊，但絕對是一本能從根本上提升你“理解高度”的工具書。

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**第五段** 我曾試圖尋找一些關於量子效應在低溫下對維裏係數影響的論述，期待能在書中找到一些前沿的綫索。雖然這本書的重心仍然穩固地立足於經典統計力學範疇內，但作者在引言和結論部分對未來研究方嚮的展望，展現瞭他對領域前沿動態的敏銳洞察。他沒有迴避現有模型的局限性，而是坦誠地指齣瞭經典理論在超低溫或超高壓極端條件下的不適用性，並暗示瞭量子修正的必要性。這種誠實的學術態度非常難得。這本書更像是一座堅實可靠的燈塔，它為你提供瞭導航的基石和精確的坐標係，盡管前方的航道可能已經進入瞭量子力學的迷霧區，但你清楚地知道你的起點在哪裏，以及如何更科學地嚮未知邁進。它教會你如何正確地提問，而非僅僅是提供答案。

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**第三段** 坦白講，剛拿到這本書時，我有點擔心它的“純”字會限製其視野。然而，深入閱讀後發現，作者的格局遠超乎我的想象。他對經典熱力學框架的梳理之紮實，幾乎可以作為熱力學課程的補充教材來使用。在討論氣體方程的演化曆程時，他巧妙地將曆史背景融入到科學發展脈絡中，使得枯燥的公式推導有瞭一種敘事感。特彆是關於氣體導熱性和擴散係數與維裏係數的關聯分析部分，那段論述酣暢淋灕，一氣嗬成，將宏觀可測性質與微觀統計物理量完美地聯係瞭起來。這不僅僅是一本關於“係數”的書，它更是一部關於如何用統計力學語言精確描述物質狀態的哲學著作。我甚至停下來思考，我們當前使用的簡化模型在哪些極限條件下會徹底崩潰，而這本書提供瞭評估這種崩潰臨界點的理論依據。

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**第四段** 這本書的裝幀和印刷質量值得特彆稱贊。在如今這個數字資源爆炸的時代，擁有一本紙質的、具有如此高製作水準的實體書是一種享受。紙張的選擇偏暖色調，有效緩解瞭長時間閱讀帶來的視覺疲勞。墨水的濃淡和紙張的縴維感，使得那些復雜的希臘字母和上下標顯得格外清晰，這對於需要反復查閱和交叉對比的讀者來說至關重要。我發現自己在閱讀關於高階維裏係數項對修正體積貢獻的章節時，可以非常輕鬆地進行批注和圈畫，完全沒有齣現洇墨或破損的問題。這種對物理細節的尊重，也摺射齣齣版方對內容嚴肅性的認可。對我而言，它不僅是知識的載體，更是一件值得珍藏的學術工藝品，放在書架上，本身就是一種專業態度的體現。

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**第一段** 這本書的排版簡直讓人眼前一亮，封麵設計簡潔而不失深度，光是捧在手裏就能感受到那種沉甸甸的專業感。我通常對這種理論性極強的學術專著抱有敬畏之心，但翻開內頁後，發現作者在行文布局上頗為用心。圖錶和公式的呈現方式清晰明瞭，即便是麵對復雜的統計力學推導，也能通過精心的視覺設計引導讀者的目光，不至於讓人在密集的數學符號中迷失方嚮。尤其欣賞它在關鍵概念引入時所采用的循序漸進的方式，不像有些教材那樣上來就拋齣最難啃的骨頭。對於初次接觸“維裏係數”這一概念的研究生來說，這無疑是一份非常友好的入門指南，它似乎預設瞭讀者有一定的物理化學基礎，但又沒有過度依賴讀者的先驗知識。我特彆留意瞭關於高壓下氣體行為模型的討論，作者在處理實驗數據與理論預測之間的差異時，展現齣瞭極高的審慎和嚴謹，讓人深信不疑。

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