新概念熱力學：簡明、直觀、易學的熱力學 [A New Concept Of Thermodynamics] 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

編輯推薦

　　本書以一種嶄新的方式重新定義瞭《熱力學》課程中的核心概念——“熵”，從教學理念、教學內容到錶述方式等方麵構建瞭不同於傳統《熱力學》教材的新的學科體係。本書融閤瞭作者多年來在熱力學研究上取得的實際應用成果，在熱力學理論與實際應用的結閤上給人以“耳目一新”的感覺。

內容簡介

　　德國Georg Job教授所著的《新概念熱力學》以一種嶄新的方式重新定義瞭《熱力學》課程中的核心概念——“熵”，從教學理念、教學內容到錶述方式等方麵構建瞭不同於傳統《熱力學》教材的新的學科體係，同時又與傳統熱力學做瞭很好的對接，使初學者和有一定熱力學知識的人都能更快地領會熱力學的一些基本概念和使用技巧。《新概念熱力學：簡明、直觀、易學的熱力學》融閤瞭作者多年來在熱力學研究上取得的實際應用成果，在熱力學理論與實際應用的結閤上給人以“耳目一新”的感覺。
　　《新概念熱力學：簡明、直觀、易學的熱力學》可作為高等院校理工科相關專業熱力學課程的教材或參考用書。由於《新概念熱力學：簡明、直觀、易學的熱力學》將抽象概念與生活實際相聯係，使讀者易於理解，因此《新概念熱力學：簡明、直觀、易學的熱力學》也可作為熱力學方麵的科普讀物。

內頁插圖

精彩書評

　　該教材以一種嶄新的方式重新定義瞭《熱力學》課程中的核心概念——“熵”，從教學理念、教學內容到錶述方式等方麵構建瞭不同於傳統《熱力學》教材的新的學科體係。本書的翻譯齣版對於推進我國高等院校《熱力學》課程建設和教材建設有著較好的藉鑒作用。
　　——華東師範大學物理係教授 硃鉉雄

目錄

1.引言
2.純熱力學
2.1 熱
2.1.1 對於熱的直觀理解
2.1.2 熱的測量
2.1.3 熱的測量方法
2.2 功和溫度
2.2.1 勢能和能量守恒
2.2.2 熱勢
2.2.3 熱張力
2.2.4 溫度
2.2.5 熱機
2.2.6 熱功
2.2.7 熱容
2.3 熱産生
2.3.1 絕對溫度
2.3.2 熱産生的必要條件
2.3.3 可行過程和不可行過程
2.3.4 損耗功
2.3.5 熱傳導
2.4 在絕對零度時的熱量
2.5 與其他熱學理論的比較
2.5.1 與傳統熱力學的比較
2.5.2 曆史背景

3.普通熱力學
3.1 彈性耦閤
3.1.1 彈性現象
3.1.2 主物理量
3.1.3 正耦閤和反耦閤
3.1.4 能量和力
3.1.5 基本效應和耦閤效應
3.1.6 不穩定現象
3.2 導數的數學運算規則
3.2.1 變量的變換
3.2.2 導數倒置規則
3.2.3 應用指南
3.2.4 應用
3.2.5 必需的已知係數數目
3.3 力－熱耦閤的簡單例子
3.3.1 物體的形變
3.3.2 橡皮筋
3.3.3 鋼絲
3.4 全嚮壓力下的物體
3.4.1 主方程和耦閤
3.4.2 體積
3.4.3 熵含量
3.4.4 壓縮係數、膨脹係數和比熱‘容
3.5 其他係統
3.5.1 伽伐尼電池
3.5.2 壓電效應和熱電效應
3.5.3 磁熱效應
3.5.4 雙金屬片
3.6 各種傳統的概念
3.6.1 能量形式
3.6.2 熱、功和熱力學第一定律
3.6.3 溫度、熵和熱力學第二定律
3.6.4 焓、熱函數
3.6.5 最大有用功
3.6.6 自由能、熱力學勢
3.6.7 平衡條件
3.7 常用的數學方法
3.7.1 特徵函數、麥剋斯韋關係式
3.7.2 可逆循環
3.7.3 係統性的計算方法
3.7.4 應用實例

4.化學熱力學
4.1 引言
4.2 物質的量
4.3 化學勢
4.3.1 能和勢
4.3.2 物質擴散的趨勢
4.3.3 水的計算實例
4.4 物質傳遞與其他過程的耦閤
4.4.1 物質對體積和熵的需求量、摩爾質量
4.4.2 主方程和耦閤
4.5 物質的轉化
4.5.1 化學轉化的條件
4.5.2 V，S和ε之間的耦閤
4.5.3 相變
4.5.4 λ相變
4.6 均質物體
4.6.1 量的方次(冪)
4.6.2 量的“切割”
4.6.3 係數的簡化
4.7 高度稀薄物質的漸近定律
4.7.1 低濃度下的化學勢
4.7.2 稀薄氣體的性質
4.7.3 混閤物內的化學勢
4.7.4 滲透，稀溶液的沸點和冰點
4.7.5 質量作用定律
4.7.6 溶液平衡
4.8 外界場效應

5.熵産生過程的熱力學
5.1 力學中的例子
5.2 昂薩格定理
5.3 電流和熵流之間的耦閤
5.4 更多的實例
專業名詞術語中英文對照

精彩書摘

　　2.1.2 熱的測量
　　到目前為止，我們已經用完全定性的方法考察瞭熱*的性質和效應。在這些觀察的基礎上，為瞭建立一種能用實驗驗證的理論，我們需要定義對熱*的數量以及它的效應的大小的測量方法，比如熱度的測量方法。在定義這些測量方法之前，我們先來做一些初步設想。
　　我們假定熱。具有不可消滅性或不滅性（inde stru ctibility）的主要結果是，熱’産生的過程就像照相機膠捲一樣不能往迴倒。過程的逆嚮發生（可逆）意味著可以將所産生的熱。消滅掉，而這違背我們關於熱*具有不滅性的假設。因此，每一步驟都可以倒過來的可逆過程是産生不瞭熱*的。為瞭避免無法控製的熱*的增加，我們規定在我們的測量過程中必須運用可逆過程。盡管這樣會使測量變得更加睏難，但我們沒有其他替代辦法。
　　那麼哪些過程是可逆的呢？我們在前麵從（1）到（3）這些部分中所敘述的過程肯定都是不可逆的。從來沒有人觀察到過燃燒中的蠟燭會自行地從周圍環境中迴收熱和氣體並恢復到原來的長度。熱*既不會自動地聚集在某個地方，也不會自動地從冷的物體流到熱的物體。一般來說，自發的過程不可能具有可逆性，因為如果是可逆的話就意味著它應當可以任意地流嚮每一方嚮。
　　相比之下，我們在前麵從（5）到（6）這些部分中所介紹的過程在理想條件下有可能是可逆的。例如，將一根嚴格絕熱的橡皮筋分成許多細小步驟逐漸地進行拉伸，那麼它就會一步一步地變熱。當所有這些步驟一步一步地倒退迴去時，橡皮筋就會逐步地冷卻下來，直到恢復為起始狀態。其實，甚至它與周圍環境之間的熱。交換在原則上也完全是可逆的。如果橡皮筋張力的增大（或減小）十分緩慢，以緻幾乎察覺不到它變得比周圍環境熱一些（或冷一些），那麼過程的正嚮路徑與逆嚮路徑之間的溫度差趨於消失。此外，其他由溫度引起的長度變化、體積變化、聚集態的變化等通常也是可逆的。

前言/序言

　　很早以前我就計劃將本書德文版翻譯成英文版，但始終未能擠齣時間著手進行。後來還是在我的兄長Eduard Job的推動之下，纔使這項翻譯工作得以全麵開展。他的想法是，要將本書所述的方法介紹給更多讀者。他早年在漢堡和芝加哥學習熱力學這門課時遇到瞭許多睏難，有切膚之痛。因此他有一個強烈的動機，那就是讓後學者們不再遭遇他自己所遭遇過的睏難。
　　在此我嚮Harry Schmeichel（美國加利福尼亞州）、Timm Lankau（中國颱灣）、Hans Fuchs（瑞士）和Joel Rosenberg（美國馬薩諸塞州）諸位深錶謝意。他們對全書進行瞭翻譯、校對、訂正和修改，以便更好地錶達本書的基本概念，使之易於理解。由於新的概念和方法需要使用許多尚未確定標準譯名的新術語，他們所遇到的睏難是可想而知的。我還要感謝久保基金會（Job-Foundation），感謝他對於包括本書在內的Karlsruher Physikkm’s（KPK）係列教材的長期一貫的慷慨支持。
　　現在，2007年IUAPC（國際純化學和應用化學聯閤會，International Unionof Pure and Applied Chemistry——譯者注）大會即將在意大利都靈召開。為此，我有充足的理由至少為本書準備好一個臨時版本。然而，由於時間倉促，我最後仍舊隻拿齣瞭一本不太完整的書稿。對此，我深感抱歉。最後，我要感謝大傢對本書提齣的所有改進建議，並真誠地歡迎讀者批評指正。

探索微觀世界的宏大敘事：經典統計力學的深度透視與現代前沿 本書並非《新概念熱力學：簡明、直觀、易學的熱力學》的續篇或姊妹篇，它緻力於構建一套完全獨立、側重於微觀粒子行為與宏觀性質之間橋梁的理論框架——經典統計力學。 本書旨在為讀者提供一個深入理解物質世界熱力學行為的基石，著重剖析那些支配著從氣體分子運動到復雜材料相變的根本原理。我們摒棄瞭傳統熱力學中依賴於宏觀經驗定律的錶述方式，轉而從統計學的視角，嚴謹地推導和闡釋能量、熵、溫度等核心概念的微觀起源。 第一部分：基礎概念與概率論基石 統計物理學的力量源於對大量粒子行為的概率描述。本部分將首先迴顧必要的數學工具，重點聚焦於組閤數學、概率論和拉普拉斯方法，為後續的物理模型奠定堅實的數學基礎。 1. 統計描述的必要性與局限性： 我們討論為什麼描述包含阿伏伽德羅常數級彆粒子的係統必須訴諸統計方法，以及在何種條件下宏觀熱力學極限是有效的。這部分內容將明確區分“確定性”的牛頓力學與“概率性”的統計力學之間的根本差異。 2. 相空間與係綜理論的引入： 係統的微觀狀態如何被精確地定義？我們將引入相空間的概念，並詳細闡述微正則係綜（Microcanonical Ensemble）、正則係綜（Canonical Ensemble）和宏正則係綜（Grand Canonical Ensemble）的數學形式和物理內涵。重點分析不同係綜下，係統配分函數的構造及其在計算熱力學量中的核心作用。 3. 熵的統計定義與玻爾茲曼公式： 熵不再僅僅是一個過程函數，而是係統微觀可達性（Multiplicity）的直接度量。我們將詳細推導 $S = k_B ln Omega$ 的嚴格性，並探討其與熱力學第二定律的內在聯係。本章還將討論信息論中熵的概念，及其與物理熵的深刻統一。 第二部分：理想係統的統計描述 在掌握瞭係綜理論後，我們將應用這些工具來分析最基礎、最理想化的物理係統，以清晰地展示統計力學的預測能力。 4. 理想氣體（經典情況）： 深入分析經典理想氣體的配分函數，推導齣其狀態方程，並精確計算內能、比熱容。特彆地，我們將深入探討吉布斯佯謬及其在經典統計力學中的解決之道，這對於理解粒子全同性至關重要。 5. 諧振子與量子效應的萌芽： 引入一維和三維諧振子的模型，並計算其熱力學性質。在討論經典諧振子（如杜隆-伯蒂定律）的局限性時，我們將自然地過渡到量子化的能級結構，為下一部分做鋪墊。 6. 玻爾茲曼分布與能量分布： 詳細分析係統粒子在不同能級上的概率分布——玻爾茲曼因子。我們將用它來解釋氣體分子的速率分布（麥剋斯韋-玻爾茲曼分布），並討論速度空間與動量空間的聯係。 第三部分：量子統計的基石 當經典物理無法描述原子和分子尺度上的現象時，量子力學的引入成為必然。本部分聚焦於費米-狄拉剋統計和玻色-愛因斯坦統計。 7. 量子統計的引入： 闡述費米子和玻色子在能級占據上的根本區彆，以及由此産生的泡利不相容原理（對於費米子）和玻色-愛因斯坦凝聚現象（對於玻色子）。 8. 費米-狄拉剋統計： 分析費米子係統的配分函數，重點研究費米能級的概念及其在絕對零度下的意義。我們將詳細討論簡並費米氣體，例如在白矮星和中子星物理中扮演的關鍵角色，並計算其在有限溫度下的熱容。 9. 玻色-愛因斯坦統計： 探討玻色子係統的行為，特彆是玻色-愛因斯坦凝聚 (BEC) 現象的理論預測和物理條件。我們將推導臨界溫度，並分析凝聚態的宏觀量子特性。 10. 光子與聲子： 將量子統計應用於無質量粒子（光子，遵循玻色-愛因斯坦統計的特例）和準粒子（聲子，晶格振動的量子化）。這將嚴格推導普朗剋黑體輻射定律，並解釋德拜比熱模型的物理圖像。 第四部分：相互作用係統的統計力學 真實世界中的粒子並非孤立存在。本部分將探索分子間作用力引入後，係統行為的復雜性變化。 11. 理想與非理想氣體： 引入範德華方程的統計力學起源，討論如何通過修正配分函數來處理粒子間的吸引力和排斥力。 12. 晶格振動與熱容： 對固體進行更精細的建模。在經典愛因斯坦模型的基礎上，深入分析德拜模型的成功之處，並解釋晶體比熱容在低溫下如何趨近於零，及其 $T^3$ 依賴關係的微觀根源。 13. 相變與臨界現象的統計描述： 探討統計力學如何處理一級和二級相變。我們將引入平均場理論（如伊辛模型的基礎描述），用於定性理解自發磁化等現象，並討論相變點附近漲落的增強。 本書的結構旨在提供一個連貫、邏輯嚴謹的知識體係，使讀者不僅能“計算”熱力學量，更能從微觀粒子的基本規律中“理解”宏觀現象的必然性。它要求讀者具備紮實的微積分和基礎綫性代數知識，但對物理背景的預設要求相對溫和，旨在為物理、化學、材料科學乃至工程領域的研究人員和高年級學生提供一套強健的理論工具箱。