新概念物理教程·熱學(xué)

前言

本書是《新概念物理教程》中繼《力學(xué)》卷之后的第二卷，編寫和改革的思路是一脈相承的，但根據(jù)熱學(xué)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)有所發(fā)展和不盡相同的側(cè)重?，F(xiàn)將要點(diǎn)分述如下。一、按照科學(xué)發(fā)展的進(jìn)程和需求，強(qiáng)化熵的教學(xué)熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律從來就是熱學(xué)中最基本的兩條定律，前者是能量的規(guī)律，后者是熵的法則?！澳堋焙汀办亍眱蓚€(gè)概念哪個(gè)更為重要?隨著時(shí)間的推移，情況正在變化。傳統(tǒng)的看法以為“能”是宇宙的女主人，“熵”是她的影子。后來有人提出不同的看法：“在自然過程的龐大工廠里，熵原理起著經(jīng)理的作用，因?yàn)樗?guī)定整個(gè)企業(yè)的經(jīng)營方式和方法，而能原理僅僅充當(dāng)簿記，平衡貸方和借方。”（1938 R．Emden語）熱力學(xué)定律和達(dá)爾文的進(jìn)化論同屬19世紀(jì)科學(xué)上最偉大的發(fā)現(xiàn)，然而表面上看起來二者似乎相互抵觸。本世紀(jì)40年代薛定諤提出了生命“賴負(fù)熵為生”的名言，60年代普里高津（I．Prigogine)建立了耗散結(jié)構(gòu)理論，熱力學(xué)第二定律與進(jìn)化論的矛盾被澄清了。從物理學(xué)走向生命科學(xué)，越發(fā)顯示出“熵”這個(gè)概念的重要性。1948年電氣工程師香農(nóng)（C．E．Shannon)創(chuàng)立了信息論，將信息量與負(fù)熵聯(lián)系起來。歷史上以熱機(jī)發(fā)展為主導(dǎo)的第一次工業(yè)革命是能量的革命，當(dāng)前以信息技術(shù)為主導(dǎo)的第二次工業(yè)革命可以說是熵的革命?，F(xiàn)在“熵”這個(gè)名詞已超出自然科學(xué)和工程技術(shù)的領(lǐng)域，進(jìn)入人文科學(xué)。近年來國際上一些物理教育改革家企圖把物理學(xué)歸結(jié)為少數(shù)幾個(gè)基本概念，盡管各家之言見仁見智，但無例外地都把“熵”（或其等價(jià)的說法，如能的退降)列為一條。但在傳統(tǒng)的普物教材中“熵”介紹得很簡略，有些為非物理專業(yè)開設(shè)的課程中“熵”已被刪除。這是違反科技進(jìn)步發(fā)展的時(shí)代潮流的。在本書中我們從微觀（玻耳茲曼熵)到宏觀（克勞修斯熵)，從歷史到前沿，從物理學(xué)到化學(xué)、環(huán)境與生命科學(xué)，多方面地介紹了“熵”的概念。特別是我們認(rèn)為，只有通過應(yīng)用才能加深對一個(gè)概念的理解。熱力學(xué)第二定律的正宗應(yīng)用是討論熱平衡的條件和判據(jù)。因?yàn)樽畛Ｒ姷南到y(tǒng)不是孤立系，而是在一定外部約束條件下（如定溫、定體或定壓)的熱力學(xué)系統(tǒng)，我們還需把“熵”的概念延伸到“自由能”的概念才好應(yīng)用。講熵而不講自由能，實(shí)屬功虧一簣。

內(nèi)容概要

本書是在第一版的基礎(chǔ)上，根據(jù)教學(xué)需要，結(jié)合讀者使用此書的建議和意見，修訂而成的。本書第一版是教育部“面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計(jì)劃”的研究成果，是面向21世紀(jì)課程教材；原書在結(jié)構(gòu)上有較大的變化，在內(nèi)容上有較大的更新，在用現(xiàn)代觀點(diǎn)審視教學(xué)內(nèi)容、向當(dāng)代前沿開設(shè)窗口和接口、培養(yǎng)物理直覺能力等方面有較大的改革。這次修訂保持了原書的上述特色，除訂正了一些錯(cuò)誤外，主要的修改在第二章中的量子統(tǒng)計(jì)分布。修訂時(shí)刪去一些太深的內(nèi)容，更多地采用定性半定量的方法，突出物理圖像。此外，書后還增補(bǔ)了習(xí)題答案。本書包括熱學(xué)基本概念和物質(zhì)聚集態(tài)、熱平衡態(tài)的統(tǒng)計(jì)分布律、熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、非平衡過程等五章和兩個(gè)數(shù)學(xué)附錄。    本書可作為高等學(xué)校物理類專業(yè)的教材或參考書，特別適合物理學(xué)基礎(chǔ)人材培養(yǎng)基地選用。對于其它理工科專業(yè)，本書也是教師備課時(shí)很好的參考書和優(yōu)秀學(xué)生的輔助讀物。

作者簡介

趙凱華，北京大學(xué)物理系教授，曾任北京大學(xué)物理系主任，國家教委高等學(xué)校理科物理學(xué)與天文學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)委員、基礎(chǔ)物理教學(xué)指導(dǎo)組組長，中國物理學(xué)會(huì)副理事長、教學(xué)委員會(huì)主任?？蒲蟹较?yàn)榈入x子體理論和非線性物理。主要著作有《電磁學(xué)》（與陳熙謀合編，高等教育出版社

書籍目錄

第一章 熱學(xué)基本概念和物質(zhì)聚集態(tài)  1 溫度  2 熱量及其本質(zhì)  3 物質(zhì)聚集態(tài)隨狀態(tài)參量的轉(zhuǎn)化與共存  4 氣體  5 固體  6 化學(xué)鍵  7 液體  本章提要  思考題  習(xí)題第二章 熱平衡態(tài)的統(tǒng)計(jì)分布律  1 麥克斯韋速度分布律  2 玻耳茲曼密度分布  3 能均分定理與熱容量  4 量子氣體中粒子按能級(jí)的分布  5 費(fèi)米氣體  6 玻色氣體  7 宏觀態(tài)的概率和熵  本章提要  思考題  習(xí)題第三章 熱力學(xué)第一定律  1 從能量守恒到熱力學(xué)第一定律  2 氣體的熱容量 內(nèi)能和焓  3 熱力學(xué)第一定律對理想氣體的應(yīng)用  4 循環(huán)過程和卡諾循環(huán)  本章提要  思考題  習(xí)題第四章 熱力學(xué)第二定律  1 熱力學(xué)第二定律的表述和卡諾定理  2 卡諾定理的應(yīng)用  3 克勞修斯不等式與熵定理  4 關(guān)于熱力學(xué)第二定律的若干詰難和佯謬  5 熱平衡與自由能  6 連續(xù)相變 超流  本章提要  思考題  習(xí)題第五章 非平衡過程數(shù)學(xué)附錄習(xí)題答案索引

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

《新概念物理教程熱學(xué)》可作為高等學(xué)校物理類專業(yè)的教材或參考書，特別適合物理學(xué)基礎(chǔ)人材培養(yǎng)基地選用。對于其它理工科專業(yè)，《新概念物理教程熱學(xué)》也是教師備課時(shí)很好的參考書和優(yōu)秀學(xué)生的輔助讀物。

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