物態(tài)方程理論及計算概論

前言

　　對于由大量微觀粒子組成的宏觀系統(tǒng)，即使已知全部微觀粒子之間的相互作用，也無法寫出全部的力學(xué)運動方程及其初始條件，也不可能求解這樣的方程并由此得到系統(tǒng)的物理性質(zhì)。一種行之有效的方法就是利用壓強、溫度、密度等宏觀參量進行熱力學(xué)描述，這些宏觀熱力學(xué)參量之間的關(guān)系就是物態(tài)方程?，F(xiàn)在，物態(tài)方程作為描述物質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)理論，在強沖擊載荷下的動力學(xué)響應(yīng)、高溫高壓（包括超高溫超高壓極端條件）下的物性、材料物理、地球物理、天體物理以及核武器和常規(guī)武器的研制與武器毀傷效應(yīng)研究和航天工程等方面具有廣泛的應(yīng)用。　　本書自第一版（國防科技大學(xué)出版社，1999年）出版以來，受到了相關(guān)領(lǐng)域的科技工作者的歡迎，有不少學(xué)術(shù)論文把該書作為參考文獻加以引用，同時也有不少單位將該書選為研究生教材。2005年，該書被教育部學(xué)位管理與研究生教育司推薦為“研究生教學(xué)用書”，這是廣大讀者和專家對作者極大的鼓勵?！　∽鳛檠芯可滩?，該書的主要使用對象是工程力學(xué)、高壓物理等學(xué)科專業(yè)的學(xué)生。教學(xué)實踐表明，學(xué)習(xí)這門課的研究生們往往具有不同的知識背景，對基礎(chǔ)物理學(xué)知識的掌握程度參差不齊，因此，為了保證教學(xué)效果，需要更多地介紹一些統(tǒng)計物理學(xué)方面的基礎(chǔ)知識。此外，自該書第一版出版以來，物態(tài)方程研究又有了若干新的進展。為適應(yīng)新的形勢的需要，作者對原書內(nèi)容進行了全面修訂和補充，使一些名詞和提法更加規(guī)范，部分內(nèi)容的條理更加清晰，對一些印刷錯誤進行了糾正。補充的主要內(nèi)容包括：物態(tài)的概念（第1章），統(tǒng)計物理學(xué)基礎(chǔ)（第2章），固體的膨脹（第4章），高壓聲速的計算、混合物固液相區(qū)物態(tài)方程模型（第8章），用于蒙特卡羅和分子動力學(xué)計算的勢函數(shù)（第9章），流體動力學(xué)計算常用物態(tài)方程（附錄），此外，還對第7章和第8章部分內(nèi)容的編排順序進行了調(diào)整。我們希望經(jīng)過修訂以后，該書將成為一本深入淺出并被研究生們喜歡的教材，同時又可為相關(guān)領(lǐng)域的科技工作者提供更有價值的參考。　　在本書第二版修訂過程中，冉憲文博士提供了9.4節(jié)的素材，陳平形副教授對第二章和第三章內(nèi)容提出了寶貴意見。在第二版出版過程中，國防科技大學(xué)出版社無條件將該書版權(quán)轉(zhuǎn)讓給高等教育出版社，高等教育出版社的編輯同志給予了熱情幫助。

內(nèi)容概要

　　《物態(tài)方程理論及計算概論（第2版）》介紹了物態(tài)方程的基本理論及計算方法，主要內(nèi)容包括物態(tài)方程的基本概念、經(jīng)典氣體的物態(tài)方程、量子理想氣體的物態(tài)方程、固體的物態(tài)方程、液體的物態(tài)方程及計算、物質(zhì)在超高壓下的托馬斯—費米物態(tài)方程、爆轟產(chǎn)物的物態(tài)方程、用雨果紐數(shù)據(jù)計算固體的物態(tài)方程和物態(tài)方程的數(shù)值計算方法。附錄給出了常用經(jīng)驗物態(tài)方程、物理常量和物性參量?！段飸B(tài)方程理論及計算概論（第2版）》內(nèi)容豐富，概念清楚，語言簡明易懂，可作為工程力學(xué)（爆炸力學(xué)）專業(yè)、凝聚態(tài)高壓物理專業(yè)的研究生教材，也可供相關(guān)專業(yè)的科技工作者參考。

書籍目錄

第1章 緒論1.1 物態(tài)與物態(tài)方程1.2 物態(tài)方程的發(fā)展歷史與意義1.3 物態(tài)方程的幾個典型應(yīng)用1.4 物態(tài)方程的研究方法參考文獻第2章 經(jīng)典氣體的物態(tài)方程2.1 統(tǒng)計物理學(xué)基礎(chǔ)2.2 經(jīng)典氣體的配分函數(shù)2.3 經(jīng)典理想氣體的物態(tài)方程2.4 經(jīng)典實際氣體的物態(tài)方程2.5 離解與電離氣體的物態(tài)方程2.6 德拜－霍克方程參考文獻第3章 量子理想氣體的物態(tài)方程3.1 量子統(tǒng)計法3.2 費米氣體的物態(tài)方程3.3 玻色氣體的物態(tài)方程參考文獻第4章 固體的物態(tài)方程4.1 概述4.2 固體物態(tài)方程的一般形式4.3 晶體的冷能和冷壓4.4 點陣的熱能和熱壓4.5 格臨愛森系數(shù)4.6 電子熱運動對物態(tài)方程的貢獻參考文獻第5章 液體的物態(tài)方程及計算5.1 正常液體的兩個近似模型5.2 熔點和沸點的熱力學(xué)討論5.3 LJD理論5.4 LJD理論的幾個應(yīng)用5.5 分布函數(shù)理論5.6 固液氣三態(tài)統(tǒng)一的物態(tài)方程形式5.7 GRAY三相物態(tài)方程參考文獻第6章 物質(zhì)在超高壓下的托馬斯一費米物態(tài)方程6.1 托馬斯一費米模型6.2 零溫下的托馬斯－費米方程6.3 托馬斯一費米－狄拉克方程6.4 含溫度的托馬斯－費米方程6.5 托馬斯－費米方程的普適性6.6 托馬斯－費米方程的一級溫度微擾6.7 TFK方程參考文獻第7章 爆轟產(chǎn)物的物態(tài)方程7.1 引言7.2 凝聚炸藥爆轟產(chǎn)物的基本性質(zhì)7.3 爆轟產(chǎn)物的物態(tài)方程7.4 爆轟產(chǎn)物物態(tài)方程的計算參考文獻第8章 用雨果紐數(shù)據(jù)計算固體物態(tài)方程8.1 狀態(tài)區(qū)域的劃分8.2 正常區(qū)物態(tài)方程的計算8.3 等熵方程8.4 沖擊溫度的計算8.5 高壓聲速的計算8.6 混合物的物態(tài)方程8.7 固體膨脹時的物態(tài)方程8.8 多孔材料的物態(tài)方程參考文獻第9章 物態(tài)方程的數(shù)值計算方法9.1 計算物態(tài)方程的能帶論方法9.2 計算物態(tài)方程的蒙特卡羅方法9.3 計算物態(tài)方程的分子動力學(xué)方法9.4 蒙特卡羅和分子動力學(xué)計算中的勢函數(shù)9.5 托馬斯－費米方程的數(shù)值計算方法參考文獻附錄Ⅰ 常用經(jīng)驗物態(tài)方程Ⅱ 常用物理常量Ⅲ 物理量的單位Ⅳ 物質(zhì)的物性常量參考文獻人名譯名對照表

章節(jié)摘錄

　　第1章 緒論　　1.1 物態(tài)與物態(tài)方程　　1.1.1 什么是物態(tài)　　物質(zhì)世界，豐富多彩，千姿百態(tài)，那么到底什么是物態(tài)？　　科學(xué)實驗已經(jīng)證明，物質(zhì)都是由不同層次的微觀粒子組成的。例如，常見物質(zhì)都是由分子組成的，而分子又是由原子組成的……當(dāng)大量的微觀粒子在一定的溫度和壓強下相互聚集為一種穩(wěn)定的狀態(tài)時，就叫做“物質(zhì)的一種狀態(tài)”，簡稱物態(tài)。一般說來，任何一種物質(zhì)，在不同的溫度、壓強以及外場（如引力場、電場、磁場等）的影響下，將呈現(xiàn)不同的物態(tài)。在熱力學(xué)中，把物質(zhì)系統(tǒng)內(nèi)每一個在物理性質(zhì)上均勻，并和其他部分有一定分界面隔開的部分稱為“相”。因此，一種物質(zhì)在同一種物態(tài)下，可以有多種不同的相。例如，固態(tài)水被認為有七種不同的結(jié)晶狀態(tài)，分別稱為冰Ⅰ、冰Ⅱ、……、冰Ⅶ，除冰Ⅳ很不穩(wěn)定外，其余各固態(tài)水都可在較高壓強下穩(wěn)定存在，它們都是冰Ⅰ的異形體。　　從物質(zhì)的宏觀特征進行區(qū)別，通?？蓜澐譃楣虘B(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種物態(tài)。但從物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)來考慮，就遠不只三態(tài)了。有些固體，內(nèi)部分子或原子的排列是規(guī)則的，具有周期性和對稱性，這種狀態(tài)稱為結(jié)晶態(tài)。另一些固體，如玻璃、塑料、瀝青等，雖然在常溫下有固定的體積和外形，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)更像液體，稱為非晶態(tài)或玻璃態(tài)。一些有機物質(zhì)，既具有流動性，又具有類似晶體的光學(xué)性質(zhì)，介于液態(tài)和晶態(tài)之間，稱為液晶態(tài)或介晶態(tài)。氣態(tài)物質(zhì)被加熱到萬攝氏度以上高溫，原子發(fā)生電離，整個氣體變成由帶正電的離子和帶負電的電子組成的集合體，這兩種帶電粒子的聚集狀態(tài)叫等離子態(tài)。在極低溫下，一些液體（如液態(tài)氦）的粘性完全消失，成為超流態(tài)。某些物質(zhì)在極低溫時的直流電阻趨于零，這種狀態(tài)稱為超導(dǎo)態(tài)。在巨大的壓強作用下，氫可以轉(zhuǎn)變成具有金屬特性的固態(tài)，稱為金屬氫態(tài)?！　∫陨鲜侨粘Ｉ罨?qū)嶒炇依锬軌虻玫降奈飸B(tài)。隨著壓強和溫度的進一步提高，還會有其他一些物態(tài)出現(xiàn)。

編輯推薦

　　作為研究生教材，該書的主要使用對象是工程力學(xué)、高壓物理等學(xué)科專業(yè)的學(xué)生。教學(xué)實踐表明，學(xué)習(xí)這門課的研究生們往往具有不同的知識背景，對基礎(chǔ)物理學(xué)知識的掌握程度參差不齊，因此，作者對原書內(nèi)容進行了全面修訂和補充，使一些名詞和提法更加規(guī)范，部分內(nèi)容的條理更加清晰，對一些印刷錯誤進行了糾正。 在內(nèi)容上，補充了物態(tài)的概念、統(tǒng)計物理學(xué)基礎(chǔ)、固體的膨脹、高壓聲速的計算、混合物固液相區(qū)物態(tài)方程模型、用于蒙特卡羅和分子動力學(xué)計算的勢函、流體動力學(xué)計算常用物態(tài)方程等知識。此外，還對第7章和第8章部分內(nèi)容的編排順序進行了調(diào)整。

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