熱物理學(xué)概論

前言

本書為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)“十五”校級規(guī)劃教材和教育部“十一五”國家級規(guī)劃教材，主要介紹有關(guān)熱物理的一些基本概念、基本規(guī)律和基本方法，內(nèi)容包括研究平衡態(tài)的“熱力學(xué)”和非平衡態(tài)的“傳熱學(xué)”。熱物理是關(guān)于熱的產(chǎn)生、輸運和轉(zhuǎn)換的科學(xué)。它是目前應(yīng)用范圍最為廣泛的學(xué)科之一，從尖端科技到日常生活都離不開熱物理知識的指導(dǎo)。只要是有能量存在的地方，就不可避免地會遇到熱的現(xiàn)象，它往往與其他現(xiàn)象耦合在一起。因此，不論從事什么方面的研究，如不把熱的因素考慮進(jìn)去，可能會有較大誤差，或得不到正確的解釋。換言之，不掌握一定的熱物理知識，就很難準(zhǔn)確地解決本專業(yè)所遇到的一些科學(xué)問題。熱物理學(xué)的基礎(chǔ)知識應(yīng)成為當(dāng)代大學(xué)生所必備的基本常識。有鑒于此，筆者所在的中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院已將其列為院學(xué)科群基礎(chǔ)課，全院學(xué)生，不論是何系何專業(yè)，都必須上，以適應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)、拓寬專業(yè)面的教改要求。

內(nèi)容概要

本書為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，系在第一版中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)“十五”校級規(guī)劃教材的基礎(chǔ)上修訂而成，主要介紹熱物理的基本知識，內(nèi)容涵蓋研究平衡態(tài)的“熱力學(xué)”和研究非平衡態(tài)的“傳熱學(xué)”。其特點是用現(xiàn)代的觀點改革傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容及講授方法，注重?zé)嵛锢碇R間內(nèi)在的邏輯聯(lián)系和熱物理本質(zhì)的闡述，力求用通俗的筆法講清概念、規(guī)律和方法，同時對熱物理方面的一些最新進(jìn)展、學(xué)科交叉和具體應(yīng)用也加以介紹。    本書可作為熱科學(xué)、能源工程、熱能動力與工程熱物理，以及機(jī)械、化工、冶金、交通運輸、建筑環(huán)境、航空航天等專業(yè)的本科生、研究生、教師及從事相關(guān)工作的科技人員的教學(xué)或參考用書。

書籍目錄

前言緒論第一篇  熱力學(xué)　第1章  熱力學(xué)的性質(zhì)  　1.1  何謂熱力學(xué)　  1.2  熱力系統(tǒng)  　1.3  平衡狀態(tài)　  1.4  狀態(tài)方程  　1.5  準(zhǔn)平衡過程　  1.6  可逆過程  　1.7  熱與功　  1.8  熱力循環(huán)  　小結(jié)　  思考題  　習(xí)題　第2章  溫度與熱力學(xué)第零定律　  2.1  熱量與溫度  　2.2  熱平衡——熱力學(xué)第零定律　  2.3  溫度測量——溫度計與溫標(biāo)  　2.4  絕對溫度　  小結(jié)  　思考題　  習(xí)題　第3章  內(nèi)能與熱力學(xué)第一定律  　3.1  能量守恒——熱力學(xué)第一定律的實質(zhì)　  3.2  內(nèi)能  　3.3  焓　  3.4  能量方程式——熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式  　3.5  能量方程式的應(yīng)用　  小結(jié)  　思考題　  習(xí)題　第4章  熵與熱力學(xué)第二定律  　4.1  自然發(fā)生過程的方向性　  4.2  熱力學(xué)第二定律的表述　  4.3  熱機(jī)理論——卡諾定理與卡諾循環(huán)　  4.4  克勞修斯不等式　  4.5  熵　  4.6  熵增原理　  4.7  熵方程　  小結(jié)　  思考題　  習(xí)題　第5章  （火用）與熱力學(xué)定律的綜合　  5.1  熱力系的（火用）  　5.2  自由能與自由焓　　  5.3  熱量畑和冷量（火用）　  5.4  （火用）損　  5.5  （火用）平衡方程　  小結(jié)　  思考題　  習(xí)題　第6章  熱力學(xué)函數(shù)與基本熱力學(xué)關(guān)系式　  6.1  狀態(tài)函數(shù)的數(shù)學(xué)特性　  6.2  基本熱力學(xué)關(guān)系式　  6.3  熱系數(shù)　  6.4  熵、內(nèi)能和焓的一般關(guān)系式　  6.5  比熱的一般關(guān)系式　  6.6  熱力學(xué)函數(shù)的確定　　  6.7  熱力學(xué)關(guān)系式的若干應(yīng)用　  小結(jié)  　思考題  　習(xí)題　第7章  工質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)  　7.1  理想氣體的熱力學(xué)性質(zhì)　  7.2  實際氣體狀態(tài)方程和對比態(tài)原理  　7.3  水蒸氣的性質(zhì)　  7.4  濕空氣  　小結(jié)　  思考題　  習(xí)題　第8章  氣體的熱力過程　  8.1  理想氣體的熱力過程　  8.2  氣體壓縮的熱力過程　  小結(jié)　  思考題　  習(xí)題　第9章  氣體和蒸氣的流動　  9.1  穩(wěn)定流動的基本方程　  9.2  流速變化的條件  　9.3  噴管的計算　  9.4  有摩阻的絕熱流動　  9.5  絕熱節(jié)流　  小結(jié)　  思考題　  習(xí)題　第10章  相平衡與相變　  10.1  平衡判據(jù)　  10.2  化學(xué)勢　  10.3  平表面的相平衡　  10.4  表面張力系統(tǒng)與曲界面的相平衡　  小結(jié)  　思考題　  習(xí)題　第11章  熱力循環(huán)與能量轉(zhuǎn)換　  11.1  蒸氣動力循環(huán)　  11.2  氣體動力循環(huán)　  11.3  制冷循環(huán)　  11.4  其他能量轉(zhuǎn)化和利用形式　  小結(jié)　  思考題　  習(xí)題第二篇  傳熱學(xué)　第12章  傳熱學(xué)概述　  12.1  熱量傳遞的基本方式  　12.2  熱傳導(dǎo)　  12.3  熱對流　  12.4  熱輻射　  小結(jié)　  思考題　  習(xí)題　第13章  熱傳導(dǎo)　  13.1  導(dǎo)熱的基本定律  　13.2  導(dǎo)熱的微分方程　  13.3  一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題　  13.4  非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱　  13.5  導(dǎo)熱問題的有限差分法　  13.6  生物傳熱方程簡介　  小結(jié)　  思考題  　習(xí)題　第14章  對流換熱  　14.1  對流換熱概述　  14.2  邊界層對流換熱微分方程組　  14.3  相似性原理及量綱分析　  14.4  強(qiáng)迫對流　  14.5  自然對流換熱　  14.6  相變換熱　  小結(jié)　  思考題　  習(xí)題　第15章  熱輻射  　15.1  熱輻射的基本概念　  15.2  黑體輻射的基本規(guī)律　  15.3  灰體與基爾霍夫定律　  15.4  角系數(shù)　  15.5  封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射換熱　  小結(jié)　  思考題　  習(xí)題　第16章  換熱器及其熱計算基礎(chǔ)　  16.1  傳熱過程　  16.2  換熱器的種類　  16.3  平均溫差　  16.4  換熱器的熱計算（平均溫差法）　  16.5  強(qiáng)化傳熱與保溫隔熱　  小結(jié)　  思考題　  習(xí)題附錄  附表1  各種理想氣體特性  附表2  氣體的平均定壓比熱容Cp  附表3  氣體的平均定容比熱容Cv  附表4  飽和水與飽和水蒸氣性質(zhì)表（按溫度排列）  附表5  飽和水與飽和水蒸氣性質(zhì)表（按壓力排列）  附表6  未飽和水與過熱蒸氣表  附表7  干空氣的熱物理性質(zhì)（p=1.013 25×105Pa）  附表8  飽和水的熱物理性質(zhì)  附表9  干飽和水蒸氣的熱物理性質(zhì)  附表10  某些金屬固體的物理性質(zhì)  附表11  某些非金屬固體的物理性質(zhì)  附表12  常用結(jié)構(gòu)建筑材料與隔熱材料的熱物理性質(zhì)（300 K）  附表13  其他常用材料的熱物理性質(zhì)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：前已述及，系統(tǒng)與外界間存在有限勢差的熱力過程，是一迅速發(fā)生的非平衡過程，其向著使勢差消除的方向進(jìn)行。因而是單向的即不可逆的過程。對于在無限小勢差的推動下緩慢進(jìn)行的準(zhǔn)平衡過程，系統(tǒng)在變化過程中時刻保持著內(nèi)外的各種平衡。因而有理由設(shè)想：這一變化或許可隨時隨地反向進(jìn)行，即過程是可逆的。這一想法使人心動，但其成立還需一個前提：無摩擦、磁滯、電阻等僅將功變?yōu)榈攘繜幔ǚQ為耗散效應(yīng)）的因素存在。前面的討論著重于系統(tǒng)的平衡，故將摩擦力等耗散因素計人外界的勢中一并考慮，關(guān)系不大。但涉及到過程的可逆性問題，情況就大不一樣，須將其從外界勢中分離出來單獨考慮。若無耗散因素存在，準(zhǔn)平衡過程中，系統(tǒng)與外界勢相等（相差無限小），正反向運動都可。但若有耗散因素存在，則系統(tǒng)與外界間微量的勢差不足以使系統(tǒng)正行或逆行。譬如，若系統(tǒng)體積變化邊界運動時需克服摩擦力，令體積膨脹的方向為正，則要使系統(tǒng)正行，外界的壓力勢須比系統(tǒng)的低出一有限量；若要使系統(tǒng)逆行，外界的壓力勢又須比系統(tǒng)的高出一有限量?？梢娂词惯^程進(jìn)行得很慢，使系統(tǒng)每一步的狀態(tài)都接近于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)與外界的勢也不相同，且在任何位置變更系統(tǒng)的運行方向須變更外界的作用勢。故有摩擦等耗散因素存在的熱力過程也是不可逆的。準(zhǔn)平衡過程，著眼點在熱力過程中系統(tǒng)所經(jīng)歷的各狀態(tài)的特征。而可逆過程，考慮的是過程所產(chǎn)生的效果。不僅要求系統(tǒng)內(nèi)是平衡的，且系統(tǒng)與外界的作用能無條件地逆復(fù)，過程進(jìn)行時不存在任何能量的耗散。因而，可逆過程一定是準(zhǔn)平衡過程，但反之未必，準(zhǔn)平衡過程只是可逆過程的必要條件。

編輯推薦

《熱物理學(xué)概論(第2版)》：普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材

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