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熱學

為了解決自由焓的問題，作者劉玉鑫 這樣論述：

全書共分7章，各章內容包括：1.熱力學系統的平衡態及狀態方程；2.熱平衡態下微觀狀態的統計分布；3.近平衡態中的輸運程過程；4.熱力學第一定律；5.熱力學第二定律和第三定律；6.液體的性質；7.單元系的相變與復相平衡。本書附有習題和部分參考答案。本書可作為高等學校物理類各專業’’熱學’’的教材或教學參考書。劉玉鑫，博士，北京大學物理系教授，國家傑出青年基金獲得者；現任北京大學物理學院副院長、教育部全國高等學校物理類專業教學指導委員會秘書長，中國物理學會物理教學委員會秘書長；長期從事原子核奇異運動形態及不同模式形態間的相變、QCD相變及早期宇宙強相互作用物質的演化、致密核天體的結構與性質、少體及

多體系統的代數研究方法等方面的研究工作，並取得一系列原創性成果；長期從事熱學、原子物理學、李群與李代數、原子核理論、平衡態統計物理、量子力學等核心課程的建設和講授工作。曾獲國家自然科學獎三等獎（1997年）、全國高校青年教師獎（2002年）、北京市教學名師獎（2007年）、北京市優秀教師稱號（2013年）等；負責組織實施的北京大學物理學院教學改革工作，獲國家教學成果獎二等獎（2005年）。 第一章熱力學系統的平衡態及狀態方程1 1.1物質結構的基本圖像1 1.1.1物質結構的原子分子學說1 1.1.2物質分子處於不停頓的無規則運動狀態2 1.1.3分子之間存在相互作用3 1

.2熱力學系統及其狀態參量5 1.2.1熱力學系統及其分類5 1.2.2熱力學系統的狀態參量6 1.3平衡態的概念7 1.4溫度與溫標9 1.4.1溫度的概念9 1.4.2溫度相同的判定原則——熱力學第零定律9 1.4.3溫度高低的數值標定——溫標10 1.5狀態方程及一些系統的狀態方程的唯象確定14 1.5.1狀態方程的基本概念14 1.5.2理想氣體的狀態方程17 1.5.3實際氣體狀態方程簡介23 1.5.4確定狀態方程的唯象方法的一般討論26 1.6理想氣體狀態方程的初級微觀理論31 1.6.1理想氣體的微觀模型31 1.6.2理想氣體的壓強公式31 1.6.3溫度的本質34 習題36

第二章熱平衡態下微觀狀態的統計分布律43 2.1統計規律與分布函數的概念43 2.1.1事件及其概率43 2.1.2統計規律及其伽爾頓板實驗演示44 2.1.3隨機變量與分布函數45 2.1.4一些常見的分布律49 2.2麥克斯韋分布律52 2.2.1速度空間與速度分布律的概念52 2.2.2麥克斯韋速度分布律和速率分布律54 2.2.3麥克斯韋分布律的實驗檢驗57 2.2.4麥克斯韋分布律的一些應用舉例61 2.3麥克斯韋–玻爾茲曼分布律68 2.3.1重力場中微粒密度隨高度的等溫分布68 2.3.2玻爾茲曼密度分布律及麥克斯韋–玻爾茲曼分布律69 2.4能量均分定理與熱容量72 2.4.

1分子的自由度72 2.4.2能量均分定理72 2.4.3理想氣體的內能及熱容量75 2.4.4固體的內能及熱容量81 2.5粒子按微觀運動狀態的分布規律82 2.5.1微觀粒子運動狀態的描述及微觀粒子系統的分類82 2.5.2三類系統的微觀態數目85 2.5.3 近獨立粒子系統的粒子按能量的最概然分布88 2.6氣體分子的碰撞及其概率分布101 2.6.1氣體分子的平均自由程與平均碰撞頻率101 2.6.2氣體分子碰撞的概率分布105 習題108 第三章近平衡態中的輸運過程114 3.1近平衡態中的輸運過程及其宏觀規律114 3.1.1黏滯現象及其宏觀規律114 3.1.2熱傳導現象及其宏觀

規律116 3.1.3擴散現象及其宏觀規律117 3.2氣體中輸運現象的微觀解釋120 3.2.1輸運過程中的流120 3.2.2黏滯、熱傳導及擴散現象的微觀解釋及相應系數的確定121 3.3稀薄氣體中的輸運現象126 3.4布朗運動及其引起的擴散127 3.4.1布朗運動的理論描述127 3.4.2布朗粒子的擴散舉例129 3.5非平衡過程中的一些常見現象簡介131 3.5.1分岔、分形與自相似結構131 3.5.2耗散結構與自組織現象133 習題136 第四章熱力學第一定律139 4.1熱力學過程和准靜態過程139 4.1.1熱力學過程及准靜態過程的概念139 4.1.2實現准靜態過程的可

能性及條件140 4.2熱力學第一定律141 4.2.1能量守恆定律141 4.2.2功——力學作用下轉移的能量142 4.2.3熱量——熱學相互作用下轉移的能量144 4.2.4內能——熱力學系統的內部能量145 4.2.5功、熱量及內能間的關系——熱力學第一定律145 4.3熱力學第一定律在物體性質描述中的簡單應用147 4.3.1物體的熱容量147 4.3.2物體的內能和焓148 4.3.3焦耳定律及其實驗檢驗150 4.4熱力學第一定律對理想氣體的應用159 4.4.1理想氣體的等體過程159 4.4.2理想氣體的等壓過程161 4.4.3理想氣體的等溫過程162 4.4.4理想氣體的

絕熱過程163 4.4.5理想氣體的多方過程170 4.5循環過程和卡諾循環176 4.5.1循環過程的概念、性質和效率176 4.5.2理想氣體的卡諾循環及其效率181 4.5.3內燃機的理想循環183 4.5.4制冷設備與制熱設備185 習題187 第五章熱力學第二定律和第三定律194 5.1可逆過程與不可逆過程194 5.1.1可逆過程與不可逆過程的概念194 5.1.2可逆過程與不可逆過程舉例及區分195 5.2熱力學第二定律的兩種語言表述196 5.2.1熱力學第二定律的克勞修斯表述196 5.2.2熱力學第二定律的開爾文表述197 5.2.3克勞修斯表述與開爾文表述的等價性197

5.3熱力學第二定律的數學表述199 5.3.1卡諾定理199 5.3.2熱力學第二定律的數學表述201 5.3.3卡諾定理應用舉例203 5.4熵與熵增加原理205 5.4.1熵的概念205 5.4.2熵變的計算207 5.4.3熵增加原理215 5.5熵及熱力學第二定律的統計意義217 5.5.1微觀熵——玻爾茲曼熵217 5.5.2微觀熵與宏觀熵的關系218 5.5.3熵及熱力學第二定律的統計意義221 5.5.4熵與信息225 5.6熱力學第二定律的應用舉例226 5.6.1卡諾定理的另一種證明226 5.6.2熱力學溫標的建立228 5.7自由能、自由焓、化學勢及熱力學方程232 5

.7.1自由能232 5.7.2自由焓234 5.7.3熱力學系統的態函數及其間的一些關系236 5.7.4化學勢243 5.8熱力學第三定律246 5.8.1規定熵的標准參考點的必要性246 5.8.2選取熵的標准參考點的可能性246 5.8.3標准參考點的選取及普朗克絕對熵247 5.8.4熱力學第三定律247 習題248 第六章液體的性質253 6.1液體的徹體性質253 6.1.1液體及其分類253 6.1.2液體的微觀結構及關於液體的研究方法254 6.1.3液體的熱容量258 6.1.4液體的可壓縮性和熱膨脹260 6.1.5液體的輸運性質262 6.2液體表面的性質264 6.2

.1表面與表面張力264 6.2.2表面張力系數267 6.2.3表面能與表面內能270 6.2.4彎曲液面內外的壓強差274 6.3潤濕現象與毛細現象280 6.3.1潤濕、不潤濕及接觸角280 6.3.2毛細現象287 習題292 第七章單元系的相變與復相平衡298 7.1相、相變及相平衡的概念298 7.1.1相的概念與相穩定條件298 7.1.2相變及其分類303 7.1.3相平衡及相圖306 7.2單元系的復相平衡307 7.2.1單元系復相平衡的條件307 7.2.2單元系復相平衡的性質309 7.3一級相變及其基本特征314 7.3.1常見一級相變概述314 7.3.2飽和蒸氣壓

與飽和蒸氣壓方程317 7.3.3相平衡曲線319 7.3.4相平衡時兩相的物質的量之間的關系322 7.3.5熱力學函數的特征323 7.3.6相變方式325 7.4連續相變的基本特征及熱力學描述332 7.4.1有序—無序相變概述332 7.4.2超導相變及其熱力學描述333 7.4.3超流相變的基本特征339 7.5相變的唯象理論描述341 7.5.1熱力學勢的特點與描述方案概述342 7.5.2二級相變的朗道理論描述343 7.5.3二級和一級相變的朗道理論統一描述347 習題351 附錄A常見高斯積分表355 附錄B二級和一級相變的朗道理論統一描述的一個實例簡介356 主要參考書目3

60 部分習題參考答案362

界面現象

為了解決自由焓的問題，作者曾作祥等 這樣論述：

本書共分七章，第一章是全書的基礎，主要介紹界面相和分子間力的概念，並通過分析界面相分子間力與主體相分子間力之間的差異，導出過剩自由能和附加能量參數，並將界面現象與此關聯起來；第二章氣—液界面現象，建立分子間力與表面張力之間的關系，並由此導出表面活性劑和表面惰性劑的本質特征及前者具有的潤濕去污原理；第三章為液—液界面現象，建立表面張力與界面張力之間的聯系，闡述油水分離原理；第四章為肺泡單分子膜及其生理機制，介紹一種廣泛存在於動物體內的特殊液液界面的特性及其生理功能；第五章為液固界面現象，闡述液相中新晶核的生成規律和控制方法；第六章介紹固體表面及溶液中溶質吸附規律；第七章介紹氣固界面與催化反應機理

。 第1章界面與界面現象 1.1界面、界面相與表面 1.2彎曲液面的附加壓力 1.3分子間力 1.3.1化學作用與物理作用 1.3.2靜電力 1.3.3誘導力 1.3.4色散力 1.3.5弱化學作用 1.4分子間力與物性的關系 1.4.1分子間力與沸點和熔點的關系 1.4.2分子間力與溶解度的關系 思考題 第2章氣液界面及現象 2.1純液體表面 2.1.1比表面自由能和表面張力 2.1.2表面張力的物理真實性 2.1.3界面區的分子特性 2.1.4表面分子的交換率 2.1.5表面張力的分子理論 2.1.6表面張力的影響因素 2.2附加壓力與氣液界面現象 2.2.1液面的曲率

2.2.2彎曲液面下的附加壓力——Laplace方程 2.2.3毛細現象 2.2.4蒸氣壓與曲率的關系——開爾文方程 2.2.5亞穩現象——過飽和蒸氣和過熱液體 2.3表面張力的測定 2.3.1毛細管法 2.3.2最大氣泡壓力法 2.3.3吊環法 2.3.4吊片法 2.3.5滴重法和滴體積法 2.4溶液的表面 2.4.1溶液的表面張力 2.4.2水溶液的表面張力與表面吸附 2.5Gibbs吸附等溫線方程 2.5.1Gibbs吸附等溫線方程的推導 2.5.2Gibbs吸附等溫線方程的應用 2.6表面活性劑水溶液 2.6.1表面活性劑的結構與分類 2.6.2疏水效應和似冰理論 2.6.3溶解性與

臨界膠束濃度及Krafft點 2.6.4表面活性 2.7表面活性劑在水溶液表面的吸附 2.7.1表面活性劑吸附等溫線 2.7.2吸附層結構與狀態 2.7.3表面狀態方程 2.7.4表面活性劑溶液吸附的實際應用 2.7.5表面活性劑的吸附動力學 2.8膠束的形成與特性 2.8.1膠束的形成與結構 2.8.2臨界膠束濃度的測定 2.8.3臨界膠束濃度的影響因素 2.8.4膠束溶液的增溶效應 2.8.5反膠束現象 思考題 習題 第3章液—液界面及現象 3.1液—液界面的形成與界面張力 3.1.1液—液界面的形成 3.1.2液—液界面張力的實驗測定 3.1.3純液體間界面張力的理論模型 3.2液體的鋪

展系數 3.2.1液—液界面形成過程的自由焓變 3.2.2鋪展系數 3.3界面活性劑溶液的界面張力 3.3.1界面活性劑溶液的界面張力 3.3.2混合界面活性劑的界面張力 3.4液—液界面吸附 3.4.1液—液界面的吸附等溫線 3.4.2液—液界面吸附層的結構 3.4.3界面吸附層的本征曲率 3.5乳液和微乳液 3.5.1乳液的形成和穩定性 3.5.2微乳液及其性質 3.6不溶性單分子膜 3.6.1不溶性單分子膜的制備 3.6.2表面壓的物理意義與測定方法 3.6.3單分子膜的狀態及其狀態方程 3.6.4單分子膜的應用 思考題 習題 第4章肺泡單分子膜及其生理機制 4.1肺泡表面活性物質及其生

理功能 4.1.1肺泡表面活性物質的磷脂成分 4.1.2肺泡表面活性物質的蛋白質成分 4.1.3肺泡表面活性物質的生理功能 4.1.4肺泡單分子膜行為機理的研究進展 4.1.5肺泡單分子膜的行為機理方面的關鍵問題 4.2純組分肺泡單分子膜結構模型的研究 4.2.1純SP—C單分子膜結構模型 4.2.2純SP—B單分子膜結構模型 4.3純組分肺泡單分子膜的狀態方程 4.3.1狀態方程的推導 4.3.2純組分肺泡單分子膜狀態方程的回歸模擬 4.3.3純組分肺泡單分子膜狀態方程的進一步實驗驗證 4.4雙組分肺泡單分子膜狀態方程的研究 4.4.1混合規則的引入 4.4.2雙組分單分子膜狀態方程的驗證

4.4.3結果討論與分析 4.4.4雙組分單分子膜狀態方程混合規則的改進 4.5SP—C在多組分肺泡單分子膜內的行為機理研究 4.5.1肺泡單分子膜中SP—C／磷脂的行為模型 4.5.2擠出過程的數學模型 4.5.3行為模型與數學模型的驗證 4.6結論 思考題 習題 第5章固—液界面及現象 5.1固體表面的潤濕 5.1.1潤濕種類 5.1.2接觸角及其測定方法 5.1.3潤濕功 5.1.4臨界表面張力 5.1.5浸漬熱 5.2接觸角的測定 5.2.1接觸角的測定方法 5.2.2接觸角滯后現象 5.3固體潤濕性的影響因素 5.3.1固體表面非均勻性和粗糙度的影響 5.3.2表面活性劑的影響 5.

3.3潤濕的應用 5.4固—液界面吸附 5.4.1固—液吸附的基本特征 5.4.2非電解質稀溶液的吸附 5.4.3電解質溶液的吸附 5.4.4表面活性劑溶液的吸附 5.4.5高分子溶液的吸附 5.4.5固—液界面吸附的應用 思考題 習題 第6章氣—固界面及現象 6.1固體表面特性 6.1.1固體表面的幾何特性 6.1.2固體表面的物理構造和化學組成 6.1.3固體表面的晶體結構和物化特性 6.1.4固體的表面模型 6.1.5固體表面成分和結構的實測方法 6.2固體的表面熱力學 6.2.1固體表面自由能和表面張力 6.2.2固體表面自由焓的理論模型 6.2.3固體表面自由能的實驗測試 6.3氣體

在固體表面的吸附 6.3.1吸附熱力學 6.3.2吸附熱及其測定方法 6.3.3物理吸附等溫線模型 6.3.4表面狀態方程 6.4氣—固界面與催化反應機理 6.4.1活性中心與固體表面特性的關系 6.4.2活性中心與吸附熱的關系 6.4.3催化反應機理與吸附熱的關系 6.5硅晶片表面改性與太陽能電池 6.5.1硅太陽能電池 6.5.2表面改性制備硅太陽能電池 6.5.3前景展望 思考題 習題 …… 第7章固—固界面及現象 參考文獻

過渡金屬元素之結構與磁性相變

為了解決自由焓的問題，作者張國彬 這樣論述：

我們利用超虛位能總能計算方法對於隨壓力變化的鐵、鈷、鎳進行廣泛之研究。在我們的計算中利用GGS近似方法去瞭解鐵、鈷、鎳於bcc、fcc、hcp結構之穩定與磁性特性。我們計算過渡金屬元素於靜水壓下的結構性質（晶格常數、容積模數、彈性常數、聲子色散曲線），結果與實驗相當吻合。經由第一原理聲子的計算，發現bcc結構之聲子不穩定性可對應到T1支頻N點之聲子軟化現象，此即為麻田生鐵相變。利用給予不同磁矩之計算而得到的聲子色散曲線中，我們發現到磁化率為穩定bcc結構主要影響因素。最後，我們利用態密度的計算，並利用Stoner模型及Itinerant模型的解釋，則可以觀察到過渡金屬的

鐵磁性性質及影響。