熱學(xué)

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1熱學(xué)研究的對(duì)象和內(nèi)容 1
1.1.1熱現(xiàn)象 1
1.1.2熱力學(xué)系統(tǒng) 2
1.2熱學(xué)研究方法 3
1.2.1宏觀與微觀 3
1.2.2宏觀方法——熱力學(xué)的方法 4
1.2.3微觀方法——統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的方法 6
1.3熱學(xué)發(fā)展史上重要紀(jì)年簡(jiǎn)表 6
1.3.1量熱學(xué)與熱力學(xué) 6
1.3.2經(jīng)典統(tǒng)計(jì)物理 7
第2章 氣體的平衡態(tài)及其物態(tài)方程 9
2.1平衡態(tài)物態(tài)參量 9
2.1.1熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡態(tài)與非平衡態(tài) 9
2.1.2物態(tài)參量 11
2.2 溫度 12
2.2.1熱力學(xué)第零定律 12
2.2.2 溫標(biāo) 13
2.3理想氣體物態(tài)方程 15
2.3.1玻意耳定律 15
2.3.2理想氣體物態(tài)方程 16
2.3.3普適氣體常量 18
2.3.4混合理想氣體物態(tài)方程 18
習(xí)題 20
第3章 氣體分子動(dòng)力學(xué)理論的基本概念 21
3.1物質(zhì)分子動(dòng)力學(xué)理論的基本圖像 21
3.1.1物質(zhì)的微觀模型 21
3.1.2物質(zhì)各種相的形成及特點(diǎn) 23
3.2理想氣體的微觀模型 25
3.3理想氣體壓強(qiáng)公式 28
3.3.1氣體壓強(qiáng)的微觀意義 28
3.3.2理想氣體壓強(qiáng)的微觀推導(dǎo) 30
3.3.3氣體內(nèi)部的壓強(qiáng) 34
3.4溫度的微觀意義 36
3.5分子力 分子勢(shì)能曲線(xiàn) 38
3.5.1分子間的勢(shì)能 38
3.5.2分子碰撞的有效直徑和固體分子的熱振動(dòng) 41
3.6范德瓦耳斯氣體的物態(tài)方程 43
習(xí)題 48
第4章 氣體分子熱運(yùn)動(dòng)速率和能量的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律 49
4.1概率的基本知識(shí) 49
4.1.1隨機(jī)變量是分離的情況 49
4.1.2隨機(jī)變量是連續(xù)的情況 53
4.2理想氣體的麥克斯韋速率分布 57
4.2.1單純理想氣體的麥克斯韋速率分布 57
4.2.2混合理想氣體的麥克斯韋速率分布 63
4.3理想氣體的麥克斯韋速度分布 65
4.4外力場(chǎng)中自由粒子的分布玻爾茲曼分布 66
4.4.1重力場(chǎng)中的大氣壓強(qiáng) 67
4.4.2玻爾茲曼分布 69
4.5熱容量 自由度 能量均分定理 71
4.5.1熱容量 71
4.5.2自由度 74
4.5.3能量均分定理 78習(xí)題 82第 5章 氣體中的輸運(yùn)現(xiàn)象 84
5.1輸運(yùn)現(xiàn)象的宏觀規(guī)律 84
5.1.1熱傳導(dǎo)現(xiàn)象 84
5.1.2擴(kuò)散現(xiàn)象 88
5.1.3黏性現(xiàn)象 90
5.2分子間的碰撞 氣體分子的平均自由程 94
5.2.1分子間的碰撞在氣體輸運(yùn)過(guò)程中的重要性 94
5.2.2氣體分子的碰撞截面 95
5.2.3氣體分子的平均碰撞頻率 96
5.2.4氣體分子的平均自由程 97
5.3氣體輸運(yùn)系數(shù)的微觀解釋 101
5.3.1氣體系統(tǒng)黏度 101
5.3.2氣體系統(tǒng)熱導(dǎo)率 104
5.3.3氣體系統(tǒng)擴(kuò)散系數(shù) 107
習(xí)題 108
第6章 熱力學(xué)第一定律 110
6.1熱力學(xué)過(guò)程 110
6.1.1熱力學(xué)過(guò)程及準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 110
6.1.2弛豫時(shí)間 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程實(shí)現(xiàn)的條件及判斷方法 111
6.2 功 113
6.2.1熱力學(xué)的廣義功 114
6.2.2體積功 114
6.3 熱量 116
6.4熱力學(xué)第一定律 117
6.4.1 內(nèi)能 117
6.4.2熱力學(xué)第一定律的表述 119
6.5熱力學(xué)第一定律在關(guān)于物體性質(zhì)討論中的應(yīng)用 120
6.5.1熱容量與焓 120
6.5.2 焦耳 -湯姆孫實(shí)驗(yàn) 123
6.5.3理想氣體內(nèi)能和焓的表達(dá)式 127
6.6熱力學(xué)第一定律對(duì)理想氣體典型過(guò)程分析 129
6.6.1理想氣體的等體、等壓、等溫過(guò)程 129
6.6.2理想氣體的絕熱過(guò)程 131
6.6.3理想氣體的多方過(guò)程 136
6.7循環(huán)過(guò)程和卡諾循環(huán) 140
6.7.1循環(huán)過(guò)程的概念、性質(zhì)和效率 140
6.7.2理想氣體的卡諾循環(huán)及其效率 146
習(xí)題 148
第7章 熱力學(xué)第二定律 153
7.1可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程 153
7.1.1自然過(guò)程的方向 153
7.1.2可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程的概念 154
7.1.3利用四種不可逆因素判別可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程 157
7.2熱力學(xué)第二定律的語(yǔ)言表述 158
7.2.1熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述 158
7.2.2熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述 159
7.2.3開(kāi)爾文表述與克勞修斯表述的等價(jià)性 160
7.3熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表述和熵增加原理 161
7.3.1卡諾定理 162
7.3.2克勞修斯等式 162
7.3.3狀態(tài)函數(shù)——熵 164
7.3.4 溫-熵圖（T-S圖） 166
7.3.5理想氣體熵變的計(jì)算 168
7.3.6不可逆過(guò)程中熵變的計(jì)算與熵增加原理 171
7.3.7克勞修斯不等式與熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式 175
7.4熵及熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義 176
7.4.1微觀熵——玻爾茲曼熵 177
7.4.2微觀熵與宏觀熵的關(guān)系 178
7.4.3微觀熵及熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義 179
7.4.4熵與信息 182
7.5熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用舉例 183
7.5.1卡諾定理的另一種證明 183
7.5.2對(duì)時(shí)間的理解 185
7.5.3黑洞溫度的發(fā)現(xiàn) 185
習(xí)題 186
部分習(xí)題參考答案 190