熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)熱點(diǎn)問(wèn)題思考與探索

前言

熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)是研究物質(zhì)熱現(xiàn)象和熱運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一門物理課程。熱力學(xué)是熱運(yùn)動(dòng)的宏觀理論，其出發(fā)點(diǎn)是熱力學(xué)基本定律。這些基本定律是在大量的觀察和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上歸納總結(jié)出來(lái)的，具有高度的可靠性和普遍性。熱力學(xué)的主要任務(wù)是從熱力學(xué)基本定律出發(fā)，通過(guò)嚴(yán)密的邏輯推理和演繹，建立熱力學(xué)理論，并由此進(jìn)一步研究各種物質(zhì)系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)以及宏觀物理過(guò)程的演化規(guī)律。統(tǒng)計(jì)物理學(xué)是熱運(yùn)動(dòng)的微觀理論，其出發(fā)點(diǎn)是承認(rèn)宏觀物質(zhì)由大量的微觀粒子組成，微觀粒子的運(yùn)動(dòng)存在一定統(tǒng)計(jì)規(guī)律，物質(zhì)的宏觀性質(zhì)是大量微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)的集體表現(xiàn)。統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的主要任務(wù)是依據(jù)微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)所滿足的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，通過(guò)統(tǒng)計(jì)的方法求出各微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值，導(dǎo)出宏觀量與微觀量的關(guān)系，從而揭示各種熱現(xiàn)象的本質(zhì)。熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的基本原理、基本概念和一般理論，在各種教科書上已有詳細(xì)闡述。然而，由于教科書本身定位的原因，對(duì)熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的一些重要應(yīng)用和熱點(diǎn)問(wèn)題，無(wú)法作全面的探討，對(duì)有關(guān)的最新研究成果無(wú)法作充分展示。本書根據(jù)廈門大學(xué)嚴(yán)子浚、陳麗璇、陳金燦、蘇國(guó)珍等老師在長(zhǎng)期從事熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的教學(xué)和科研實(shí)踐中所撰寫的教學(xué)研究論文和部分科研論文，同時(shí)吸收近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域的部分研究成果，由陳金燦和蘇國(guó)珍執(zhí)筆編寫而成，是對(duì)教科書中熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)理論的進(jìn)一步拓展與應(yīng)用。

內(nèi)容概要

　　《熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)熱點(diǎn)問(wèn)題思考與探索》分為14章：1.熱力學(xué)定律，2.極端狀態(tài)下系統(tǒng)的特性，3.理想氣體，4.實(shí)際氣體，5.熱力學(xué)特性函數(shù)，6.廣義卡諾循環(huán)，7.不可逆熱力學(xué)循環(huán)，8.熱力學(xué)循環(huán)的BM圖，9.量子工質(zhì)，10.量子熱力學(xué)循環(huán)，11.玻色－愛(ài)因斯坦凝聚，12.簡(jiǎn)并費(fèi)米氣體，13.布朗馬達(dá)，14.漲落的熱力學(xué)理論?！稛崃W(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)熱點(diǎn)問(wèn)題思考與探索》具有觀點(diǎn)明確、方法新穎、內(nèi)容豐富等特點(diǎn)。

書籍目錄

前言 第1章 熱力學(xué)定律 1.1 對(duì)熱力學(xué)第二定律兩種經(jīng)典表述的討論 1.2 對(duì)熱力學(xué)第三定律的討論 1.3 由比熱容隨正絕對(duì)溫度趨于零導(dǎo)出能斯特定理 1.4 熱力學(xué)定律與數(shù)學(xué)不等式 參考文獻(xiàn) 第2章 極端狀態(tài)下系統(tǒng)的特性 2.1 t=+0k及t=-0k狀態(tài)的特性 2.2 t=+0k及t=-0k狀態(tài)的漲落特性 2.3 t=±∞狀態(tài)的特性 2.4 t=±∞狀態(tài)的漲落特性 2.5 t=±∞時(shí)是否存在新的熱力學(xué)定律 2.6 (au／ap)t-∞的狀態(tài) 參考文獻(xiàn) 第3章 理想氣體 3.1 多方過(guò)程的基本特征 3.2 理想氣體任一過(guò)程的熱容及其應(yīng)用 3.3 熱力過(guò)程吸熱與放熱的簡(jiǎn)便判斷方法 3.4 強(qiáng)迫絕熱等熵過(guò)程 3.5 理想氣體與熱力學(xué)第三定律不相容 參考文獻(xiàn) 第4章 實(shí)際氣體 4.1 實(shí)際氣體任意過(guò)程的熱容 4.2 范德瓦耳斯氣體的準(zhǔn)靜態(tài)絕熱方程 4.3 在任意過(guò)程中實(shí)際氣體的特性 4.4 關(guān)于焦耳實(shí)驗(yàn)和焦一湯實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論 4.5 范德瓦耳斯氣體與熱力學(xué)第三定律不相容 參考文獻(xiàn) 第5章 熱力學(xué)特性函數(shù) 5.1 余函數(shù)的特性函數(shù) 5.2 由余函數(shù)的特性函數(shù)求范德瓦耳斯氣體的性質(zhì) 5.3 通用的熱力學(xué)特征函數(shù) 參考文獻(xiàn) 第6章 廣義卡諾循環(huán) 6.1 理想氣體卡諾循環(huán) 6.2 非理想氣體卡諾循環(huán) 6.3 強(qiáng)迫卡諾循環(huán) 6.4 類卡諾循環(huán) 6.5 類卡諾磁制冷循環(huán) 6.6 最大輸出功時(shí)廣義卡諾熱機(jī)的效率 6.7 包含負(fù)絕對(duì)溫度的熱力學(xué)循環(huán) 參考文獻(xiàn) 第7章 不可逆熱力學(xué)循環(huán) 7.1 有限時(shí)間熱力學(xué)的特征 7.2 內(nèi)可逆廣義卡諾循環(huán) 7.3 內(nèi)可逆循環(huán)理論在超導(dǎo)相變中的應(yīng)用 7.4 太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)熱機(jī) 7.5 半導(dǎo)體溫差發(fā)電器 7.6 不可逆吸收式制冷機(jī) 7.7 不可逆化學(xué)機(jī) 參考文獻(xiàn) 第8章 熱力學(xué)循環(huán)的bb圖 8.1 卡諾循環(huán)的bb圖 8.2 兩類循環(huán)的bb圖 8.3 三熱源循環(huán)的bb圖 8.4 逆向內(nèi)可逆循環(huán)的bb圖 8.5 不可逆卡諾循環(huán)的bb圖 參考文獻(xiàn) 第9章 量子工質(zhì) 9.1 理想玻色氣體 9.2 理想費(fèi)米氣體 9.3 自旋-1／2系統(tǒng) 9.4 諧振子系統(tǒng) 參考文獻(xiàn) 第10章 量子熱力學(xué)循環(huán) 10.1 玻色埃里克森制冷循環(huán) 10.2 費(fèi)米布雷頓制冷循環(huán) 10.3 自旋布雷頓制冷循環(huán) 10.4 諧振子系統(tǒng)制冷循環(huán) 參考文獻(xiàn) 第11章 玻色一愛(ài)因斯坦凝聚 11.1 自由理想玻色系統(tǒng)性質(zhì)的統(tǒng)一描述 11.2 有限尺度玻色系統(tǒng) 11.3 外勢(shì)約束下的玻色氣體 11.4 非理想玻色氣體 11.5 相對(duì)論玻色氣體 參考文獻(xiàn) 第12章 簡(jiǎn)并費(fèi)米氣體 12.1 有限尺度費(fèi)米系統(tǒng) 12.2 外勢(shì)約束下的費(fèi)米氣體 12.3 相互作用費(fèi)米氣體 12.4 相對(duì)論費(fèi)米氣體 參考文獻(xiàn) 第13章 布朗馬達(dá) 13.1 布朗運(yùn)動(dòng) 13.2 熱驅(qū)動(dòng)布朗馬達(dá) 13.3 閃爍布朗馬達(dá) 參考文獻(xiàn) 第14章 漲落的熱力學(xué)理論 14.1 漲落的均強(qiáng)定理 14.2 漲落的熱力學(xué)方法 14.3 熵表象中的漲落熱力學(xué)方法 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：同樣，由克勞修斯表述只能推出：對(duì)于可做功把熱傳給它的熱源，不可能從它取熱使之完全轉(zhuǎn)變?yōu)楣Γ粚?duì)于可以從它取熱使之完全轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臒嵩?，不可能做功把熱傳給它。但自然界中究竟是否僅存在可把功完全轉(zhuǎn)變成熱的熱源則無(wú)法由克勞修斯表述推出，因而不能由克勞修斯表述推出開(kāi)爾文表述。由此我們也清楚地看到了開(kāi)爾文表述僅是對(duì)于可做功把熱傳給它的那種熱源才能成立。一般熱力學(xué)書中證明這兩種表述等效性時(shí)都是附加了條件的。這從文獻(xiàn)[1]中的一段話可清楚地看到。文獻(xiàn)[1]中寫道：“應(yīng)當(dāng)指出，在兩種特殊情況下，這兩個(gè)表述不是等效的。一種特殊情況是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，雖然這兩個(gè)表述對(duì)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程都成立，但是并不等效。由于準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是一種理想的、不能完全實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，這兩個(gè)表述的不等效不至于有實(shí)際影響。另一種特殊情況是核自旋系統(tǒng)處于負(fù)的絕對(duì)溫度下，這時(shí)候克勞修斯表述仍然成立，但是必須把負(fù)的絕對(duì)溫度作為比正的溫度還高，這時(shí)候開(kāi)爾文表述不成立……”既然出現(xiàn)克勞修斯表述成立而開(kāi)爾文表述不成立的特殊情況，那就清楚地表明了兩種表述的等效只是在一定的條件下成立，亦即證明兩者等效時(shí)是附加了條件的。雖然不同書中證明時(shí)附加的條件形式有所不同，但都相當(dāng)于從開(kāi)爾文表述推出克勞修斯表述時(shí)附加了熱可自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體這個(gè)條件，而從克勞修斯表述推出開(kāi)爾文表述時(shí)則相當(dāng)于附加了功可完全變成熱這個(gè)條件。既然這些條件是附加的，并且后一個(gè)附加條件不是普遍成立的，自然界中存在熱可完全轉(zhuǎn)變成功的熱源，所以不能認(rèn)為開(kāi)爾文表述和克勞修斯表述是完全等效的。

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《熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)熱點(diǎn)問(wèn)題思考與探索》由科學(xué)出版社出版。

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