The Static and Dynamic Continuum Theory of Liquid Crystals pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Taylor & Francis

作者:Iain W. Stewart

出品人:

页数:360

译者:

出版时间:2004-6-27

价格:USD 64.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780748408962

丛书系列:

图书标签:

• Liquid Crystals
• Continuum Theory
• Material Science
• Physics
• Mathematics
• Rheology
• Soft Matter
• Phase Transitions
• Anisotropy
• Non-equilibrium Thermodynamics

《热力学与相变导论：从微观到宏观的统一视角》 本书简介 本书旨在为物理学、化学、材料科学及工程学领域的学生和研究人员提供一个全面而深入的热力学与相变理论基础。我们摒弃了仅仅停留在经典宏观描述的传统路径，而是致力于构建一个将统计力学、非平衡态热力学以及相变动力学紧密结合的统一框架。全书结构严谨，逻辑清晰，旨在引导读者从微观粒子的随机运动出发，理解宏观热力学定律的起源，并深入探讨复杂物质体系中相变的本质与规律。 第一部分：热力学的基石与统计力学的桥梁 第一章：经典热力学的再审视与概念澄清 本章将对经典热力学（零、第一、第二、第三定律）进行系统回顾，但重点在于对核心概念——如平衡态、功、热、熵——的严格定义及其在不同物理情境下的普适性进行深入探讨。我们将特别关注热力学第二定律在信息论和耗散结构理论中的现代解释，探讨熵增原理与系统有序性的悖论性统一。此外，本章还将详细论述勒让德变换在构建不同热力学势（亥姆霍兹自由能、吉布斯自由能、焓、吉布斯自由能）中的关键作用，并演示如何利用这些势来确定系统的稳定性和相容性条件。 第二章：统计力学的微观基础与涨落现象 本章是连接微观与宏观世界的关键。我们将从分子运动论出发，详细阐述系综理论（微正则、正则、巨正则系综）的构建及其在描述统计平衡态中的优势与局限。重点将放在玻尔兹曼分布、麦克斯韦-玻尔兹曼速度分布的精确推导及其在理想气体模型中的应用。随后，我们将引入关键的物理量——配分函数，展示如何从配分函数精确计算出所有的宏观热力学量。至关重要的一点是，本章将深入讨论热力学极限的概念，并首次引入热力学涨落的理论框架，包括关于平均值与涨落幅度的定量关系，为后续相变理论中的临界现象打下理论基础。 第三章：相互作用系统的处理：从理想到真实的转变 在真实的物质世界中，粒子间存在着复杂的相互作用。本章将系统地介绍处理粒子间相互作用的方法。首先，讨论理想气体模型的局限性，随后引入范德华（Van der Waals）方程作为处理可压缩流体状态方程的经典范例。然后，我们将深入研究使用格林函数方法和平均场理论（Mean-Field Theory）来处理强关联系统的有效手段。重点将放在建立简化的有效哈密顿量模型，例如伊辛（Ising）模型和哈密顿量，它们是理解自发磁化和凝聚现象的基石。通过对这些模型的分析，读者将理解长程有序的统计力学起源。 第二部分：相变的本质、分类与临界现象 第四章：相图的构建与热力学分类 本章聚焦于物质状态的几何表示——相图。我们将详细分析一、二、三组分系统的相图结构，特别是压力-温度（P-T）和温度-组分（T-x）相图。区分一级相变（如熔化、汽化）和二级相变（如居里点、临界点）的根本区别，即基于热力学势的二阶导数的连续性或不连续性。克劳修斯-克拉佩龙方程的推导将用于量化一级相变的潜热与压力依赖性。对于二级相变，我们将利用Ehrenfest分类的概念，明确界定其在热力学量上的特征。 第五章：临界现象与重整化群理论 相变发生时的临界区行为是现代统计物理学最引人入胜的领域之一。本章将彻底解析临界点的物理图像：即在临界温度（$T_c$）附近，系统尺度的关联长度发散，导致宏观性质的普适性。我们将介绍平均场理论在临界区预测的局限性，并引入尺度不变性和重整化群（Renormalization Group, RG）理论的核心思想。通过RG变换，我们将展示如何消除不同微观细节的影响，从而导出描述临界指数的普适性标度律。本章将使用二维伊辛模型的例子，详尽阐述RG方法的实际应用。 第六章：非均匀系统与界面现象 在相变过程中，不同相的交界面（如液体-蒸汽界面、晶体生长界面）扮演着至关重要的角色。本章将探讨界面张力的起源，并利用吉布斯-康斯坦丁（Gibbs-Cahn）理论来分析界面能对曲率和形貌的影响。随后，我们将引入密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）的初步概念，将其作为处理非均匀系统（如吸附、薄膜）局部性质的强大工具，并分析空间尺度上的不均匀性如何影响相的稳定性。 第三部分：非平衡态热力学与动力学 第七章：不可逆过程的热力学描述 当系统偏离平衡态时，传统的静态热力学定律不足以描述其演化。本章转向非平衡态热力学。我们将严格定义熵产生率（Entropy Production Rate）的概念，并阐述Onsager倒易定理在描述线性不可逆过程中的核心地位。通过考察热传导、扩散和电化学过程的本构方程，读者将掌握如何利用动力学系数来定量描述这些耦合的弛豫过程。本章将强调最小熵产生原理在稳定态分析中的作用。 第八章：弛豫过程与扩散动力学 本章关注系统如何趋向于平衡态的动力学过程。我们将分析弛豫时间的概念，并介绍描述不同弛豫模式（如电磁弛豫、机械弛豫）的微分方程。重点将放在扩散方程的推导和应用，从爱因斯坦关系到菲克定律的建立。更进一步，本章将探讨布朗运动的统计描述，引入朗之万方程和福克-普朗克方程，展示如何利用随机过程理论来描述粒子在势场中的复杂输运行为。 第九章：复杂系统中的耗散结构与稳定性分析 在远离平衡态的非线性区域，系统可能自发形成高度有序的结构，即耗散结构（Dissipative Structures）。本章将介绍Prigogine的最小化原理及其在描述远离平衡态稳定态演化中的应用。我们将通过分析经典的图灵不稳定性模型（Turing Instability）来阐明化学振荡、图案形成的机理，并探讨这些非平衡相变与经典平衡相变之间的本质区别。本章旨在为理解生物系统、化学反应网络和自组织现象提供统一的理论视角。 总结 本书的最终目标是为读者提供一套完整的、从微观统计描述到宏观动力学演化的热力学工具箱。通过对平衡与非平衡现象的深入剖析，我们力求展现热力学理论的广阔视野及其在现代科学中的核心地位。

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