新概念热力学：简明、直观、易学的热力学 [A New Concept Of Thermodynamics] pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

编辑推荐

　　本书以一种崭新的方式重新定义了《热力学》课程中的核心概念——“熵”，从教学理念、教学内容到表述方式等方面构建了不同于传统《热力学》教材的新的学科体系。本书融合了作者多年来在热力学研究上取得的实际应用成果，在热力学理论与实际应用的结合上给人以“耳目一新”的感觉。

内容简介

　　德国Georg Job教授所著的《新概念热力学》以一种崭新的方式重新定义了《热力学》课程中的核心概念——“熵”，从教学理念、教学内容到表述方式等方面构建了不同于传统《热力学》教材的新的学科体系，同时又与传统热力学做了很好的对接，使初学者和有一定热力学知识的人都能更快地领会热力学的一些基本概念和使用技巧。《新概念热力学：简明、直观、易学的热力学》融合了作者多年来在热力学研究上取得的实际应用成果，在热力学理论与实际应用的结合上给人以“耳目一新”的感觉。
　　《新概念热力学：简明、直观、易学的热力学》可作为高等院校理工科相关专业热力学课程的教材或参考用书。由于《新概念热力学：简明、直观、易学的热力学》将抽象概念与生活实际相联系，使读者易于理解，因此《新概念热力学：简明、直观、易学的热力学》也可作为热力学方面的科普读物。

内页插图

精彩书评

　　该教材以一种崭新的方式重新定义了《热力学》课程中的核心概念——“熵”，从教学理念、教学内容到表述方式等方面构建了不同于传统《热力学》教材的新的学科体系。本书的翻译出版对于推进我国高等院校《热力学》课程建设和教材建设有着较好的借鉴作用。
　　——华东师范大学物理系教授 朱铉雄

目录

1.引言
2.纯热力学
2.1 热
2.1.1 对于热的直观理解
2.1.2 热的测量
2.1.3 热的测量方法
2.2 功和温度
2.2.1 势能和能量守恒
2.2.2 热势
2.2.3 热张力
2.2.4 温度
2.2.5 热机
2.2.6 热功
2.2.7 热容
2.3 热产生
2.3.1 绝对温度
2.3.2 热产生的必要条件
2.3.3 可行过程和不可行过程
2.3.4 损耗功
2.3.5 热传导
2.4 在绝对零度时的热量
2.5 与其他热学理论的比较
2.5.1 与传统热力学的比较
2.5.2 历史背景

3.普通热力学
3.1 弹性耦合
3.1.1 弹性现象
3.1.2 主物理量
3.1.3 正耦合和反耦合
3.1.4 能量和力
3.1.5 基本效应和耦合效应
3.1.6 不稳定现象
3.2 导数的数学运算规则
3.2.1 变量的变换
3.2.2 导数倒置规则
3.2.3 应用指南
3.2.4 应用
3.2.5 必需的已知系数数目
3.3 力－热耦合的简单例子
3.3.1 物体的形变
3.3.2 橡皮筋
3.3.3 钢丝
3.4 全向压力下的物体
3.4.1 主方程和耦合
3.4.2 体积
3.4.3 熵含量
3.4.4 压缩系数、膨胀系数和比热‘容
3.5 其他系统
3.5.1 伽伐尼电池
3.5.2 压电效应和热电效应
3.5.3 磁热效应
3.5.4 双金属片
3.6 各种传统的概念
3.6.1 能量形式
3.6.2 热、功和热力学第一定律
3.6.3 温度、熵和热力学第二定律
3.6.4 焓、热函数
3.6.5 最大有用功
3.6.6 自由能、热力学势
3.6.7 平衡条件
3.7 常用的数学方法
3.7.1 特征函数、麦克斯韦关系式
3.7.2 可逆循环
3.7.3 系统性的计算方法
3.7.4 应用实例

4.化学热力学
4.1 引言
4.2 物质的量
4.3 化学势
4.3.1 能和势
4.3.2 物质扩散的趋势
4.3.3 水的计算实例
4.4 物质传递与其他过程的耦合
4.4.1 物质对体积和熵的需求量、摩尔质量
4.4.2 主方程和耦合
4.5 物质的转化
4.5.1 化学转化的条件
4.5.2 V，S和ε之间的耦合
4.5.3 相变
4.5.4 λ相变
4.6 均质物体
4.6.1 量的方次(幂)
4.6.2 量的“切割”
4.6.3 系数的简化
4.7 高度稀薄物质的渐近定律
4.7.1 低浓度下的化学势
4.7.2 稀薄气体的性质
4.7.3 混合物内的化学势
4.7.4 渗透，稀溶液的沸点和冰点
4.7.5 质量作用定律
4.7.6 溶液平衡
4.8 外界场效应

5.熵产生过程的热力学
5.1 力学中的例子
5.2 昂萨格定理
5.3 电流和熵流之间的耦合
5.4 更多的实例
专业名词术语中英文对照

精彩书摘

　　2.1.2 热的测量
　　到目前为止，我们已经用完全定性的方法考察了热*的性质和效应。在这些观察的基础上，为了建立一种能用实验验证的理论，我们需要定义对热*的数量以及它的效应的大小的测量方法，比如热度的测量方法。在定义这些测量方法之前，我们先来做一些初步设想。
　　我们假定热。具有不可消灭性或不灭性（inde stru ctibility）的主要结果是，热’产生的过程就像照相机胶卷一样不能往回倒。过程的逆向发生（可逆）意味着可以将所产生的热。消灭掉，而这违背我们关于热*具有不灭性的假设。因此，每一步骤都可以倒过来的可逆过程是产生不了热*的。为了避免无法控制的热*的增加，我们规定在我们的测量过程中必须运用可逆过程。尽管这样会使测量变得更加困难，但我们没有其他替代办法。
　　那么哪些过程是可逆的呢？我们在前面从（1）到（3）这些部分中所叙述的过程肯定都是不可逆的。从来没有人观察到过燃烧中的蜡烛会自行地从周围环境中回收热和气体并恢复到原来的长度。热*既不会自动地聚集在某个地方，也不会自动地从冷的物体流到热的物体。一般来说，自发的过程不可能具有可逆性，因为如果是可逆的话就意味着它应当可以任意地流向每一方向。
　　相比之下，我们在前面从（5）到（6）这些部分中所介绍的过程在理想条件下有可能是可逆的。例如，将一根严格绝热的橡皮筋分成许多细小步骤逐渐地进行拉伸，那么它就会一步一步地变热。当所有这些步骤一步一步地倒退回去时，橡皮筋就会逐步地冷却下来，直到恢复为起始状态。其实，甚至它与周围环境之间的热。交换在原则上也完全是可逆的。如果橡皮筋张力的增大（或减小）十分缓慢，以致几乎察觉不到它变得比周围环境热一些（或冷一些），那么过程的正向路径与逆向路径之间的温度差趋于消失。此外，其他由温度引起的长度变化、体积变化、聚集态的变化等通常也是可逆的。

前言/序言

　　很早以前我就计划将本书德文版翻译成英文版，但始终未能挤出时间着手进行。后来还是在我的兄长Eduard Job的推动之下，才使这项翻译工作得以全面开展。他的想法是，要将本书所述的方法介绍给更多读者。他早年在汉堡和芝加哥学习热力学这门课时遇到了许多困难，有切肤之痛。因此他有一个强烈的动机，那就是让后学者们不再遭遇他自己所遭遇过的困难。
　　在此我向Harry Schmeichel（美国加利福尼亚州）、Timm Lankau（中国台湾）、Hans Fuchs（瑞士）和Joel Rosenberg（美国马萨诸塞州）诸位深表谢意。他们对全书进行了翻译、校对、订正和修改，以便更好地表达本书的基本概念，使之易于理解。由于新的概念和方法需要使用许多尚未确定标准译名的新术语，他们所遇到的困难是可想而知的。我还要感谢久保基金会（Job-Foundation），感谢他对于包括本书在内的Karlsruher Physikkm’s（KPK）系列教材的长期一贯的慷慨支持。
　　现在，2007年IUAPC（国际纯化学和应用化学联合会，International Unionof Pure and Applied Chemistry——译者注）大会即将在意大利都灵召开。为此，我有充足的理由至少为本书准备好一个临时版本。然而，由于时间仓促，我最后仍旧只拿出了一本不太完整的书稿。对此，我深感抱歉。最后，我要感谢大家对本书提出的所有改进建议，并真诚地欢迎读者批评指正。

探索微观世界的宏大叙事：经典统计力学的深度透视与现代前沿 本书并非《新概念热力学：简明、直观、易学的热力学》的续篇或姊妹篇，它致力于构建一套完全独立、侧重于微观粒子行为与宏观性质之间桥梁的理论框架——经典统计力学。 本书旨在为读者提供一个深入理解物质世界热力学行为的基石，着重剖析那些支配着从气体分子运动到复杂材料相变的根本原理。我们摒弃了传统热力学中依赖于宏观经验定律的表述方式，转而从统计学的视角，严谨地推导和阐释能量、熵、温度等核心概念的微观起源。 第一部分：基础概念与概率论基石 统计物理学的力量源于对大量粒子行为的概率描述。本部分将首先回顾必要的数学工具，重点聚焦于组合数学、概率论和拉普拉斯方法，为后续的物理模型奠定坚实的数学基础。 1. 统计描述的必要性与局限性： 我们讨论为什么描述包含阿伏伽德罗常数级别粒子的系统必须诉诸统计方法，以及在何种条件下宏观热力学极限是有效的。这部分内容将明确区分“确定性”的牛顿力学与“概率性”的统计力学之间的根本差异。 2. 相空间与系综理论的引入： 系统的微观状态如何被精确地定义？我们将引入相空间的概念，并详细阐述微正则系综（Microcanonical Ensemble）、正则系综（Canonical Ensemble）和宏正则系综（Grand Canonical Ensemble）的数学形式和物理内涵。重点分析不同系综下，系统配分函数的构造及其在计算热力学量中的核心作用。 3. 熵的统计定义与玻尔兹曼公式： 熵不再仅仅是一个过程函数，而是系统微观可达性（Multiplicity）的直接度量。我们将详细推导 $S = k_B ln Omega$ 的严格性，并探讨其与热力学第二定律的内在联系。本章还将讨论信息论中熵的概念，及其与物理熵的深刻统一。 第二部分：理想系统的统计描述 在掌握了系综理论后，我们将应用这些工具来分析最基础、最理想化的物理系统，以清晰地展示统计力学的预测能力。 4. 理想气体（经典情况）： 深入分析经典理想气体的配分函数，推导出其状态方程，并精确计算内能、比热容。特别地，我们将深入探讨吉布斯佯谬及其在经典统计力学中的解决之道，这对于理解粒子全同性至关重要。 5. 谐振子与量子效应的萌芽： 引入一维和三维谐振子的模型，并计算其热力学性质。在讨论经典谐振子（如杜隆-伯蒂定律）的局限性时，我们将自然地过渡到量子化的能级结构，为下一部分做铺垫。 6. 玻尔兹曼分布与能量分布： 详细分析系统粒子在不同能级上的概率分布——玻尔兹曼因子。我们将用它来解释气体分子的速率分布（麦克斯韦-玻尔兹曼分布），并讨论速度空间与动量空间的联系。 第三部分：量子统计的基石 当经典物理无法描述原子和分子尺度上的现象时，量子力学的引入成为必然。本部分聚焦于费米-狄拉克统计和玻色-爱因斯坦统计。 7. 量子统计的引入： 阐述费米子和玻色子在能级占据上的根本区别，以及由此产生的泡利不相容原理（对于费米子）和玻色-爱因斯坦凝聚现象（对于玻色子）。 8. 费米-狄拉克统计： 分析费米子系统的配分函数，重点研究费米能级的概念及其在绝对零度下的意义。我们将详细讨论简并费米气体，例如在白矮星和中子星物理中扮演的关键角色，并计算其在有限温度下的热容。 9. 玻色-爱因斯坦统计： 探讨玻色子系统的行为，特别是玻色-爱因斯坦凝聚 (BEC) 现象的理论预测和物理条件。我们将推导临界温度，并分析凝聚态的宏观量子特性。 10. 光子与声子： 将量子统计应用于无质量粒子（光子，遵循玻色-爱因斯坦统计的特例）和准粒子（声子，晶格振动的量子化）。这将严格推导普朗克黑体辐射定律，并解释德拜比热模型的物理图像。 第四部分：相互作用系统的统计力学 真实世界中的粒子并非孤立存在。本部分将探索分子间作用力引入后，系统行为的复杂性变化。 11. 理想与非理想气体： 引入范德华方程的统计力学起源，讨论如何通过修正配分函数来处理粒子间的吸引力和排斥力。 12. 晶格振动与热容： 对固体进行更精细的建模。在经典爱因斯坦模型的基础上，深入分析德拜模型的成功之处，并解释晶体比热容在低温下如何趋近于零，及其 $T^3$ 依赖关系的微观根源。 13. 相变与临界现象的统计描述： 探讨统计力学如何处理一级和二级相变。我们将引入平均场理论（如伊辛模型的基础描述），用于定性理解自发磁化等现象，并讨论相变点附近涨落的增强。 本书的结构旨在提供一个连贯、逻辑严谨的知识体系，使读者不仅能“计算”热力学量，更能从微观粒子的基本规律中“理解”宏观现象的必然性。它要求读者具备扎实的微积分和基础线性代数知识，但对物理背景的预设要求相对温和，旨在为物理、化学、材料科学乃至工程领域的研究人员和高年级学生提供一套强健的理论工具箱。