热学基础教程

目录
序
前言
第1章 分子动理论 1
1.1 物质基本结构和物态 2
1.1.1 物质的基本结构 2
1.1.2 物质的状态和特点 2
1.1.3 热力学系统 2
1.2 气体分子的数量级 3
1.2.1 阿伏伽德罗定律 3
1.2.2 气体分子的特征参数 4
1.3 布朗运动 6
1.3.1 现象 6
1.3.2 定性解释 6
1.3.3 定量解释 7
1.4 气体分子间的作用力 理想气体 8
1.4.1 分子之间的作用力 8
1.4.2 分子间的势能与几种模型 9
1.4.3 理想气体模型 12
1.5 分子运动的速率分布 13
1.5.1 分子按速率的分布 13
1.5.2 速率分布函数 14
1.5.3 三种速率 15
1.6 分子间的碰撞 平均自由程 18
1.6.1 分子碰撞截面 18
1.6.2 平均自由程 碰撞频率 18
1.7 能量均分定理 分子热运动的动能与势能 20
1.7.1 能量均分定理 20
1.7.2 分子热运动的动能和势能 22
1.7.3 内能 23
1.8 压强与温度的微观解释 24
1.8.1 单位时间内碰在单位面积上的平均分子数 24
1.8.2 计算气体压强的简单模型 25
1.8.3 压强与温度的微观意义 26
习题 28
第2章 气体系统的状态和气体的性质 31
2.1 热力学系统与环境 32
2.1.1 系统的分类 32
2.1.2 热力学系统的宏观参量 32
2.1.3 广延量和强度量 35
2.2 系统的平衡态与稳定态 35
2.2.1 系统的平衡态与非平衡态 35
2.2.2 平衡态与稳定态 36
2.3 压强 37
2.3.1 液体的压强 37
2.3.2 气体的压强 39
2.4 热力学第零定律 温度 44
2.4.1 热接触与热平衡 44
2.4.2 热平衡定律—热力学第零定律 45
2.4.3 温度的定义 45
2.5 温标 45
2.5.1 经验温标 45
*2.5.2 热力学温标 51
*2.5.3 国际实用温标 52
2.6 理想气体的实验定律 53
2.6.1 玻意耳定律 53
2.6.2 盖吕萨克定律 53
2.6.3 查理定律 53
2.7 理想气体的状态方程 56
2.7.1 理想气体状态方程的数学表达式 56
2.7.2 普适气体常量与玻尔兹曼常量 57
2.7.3 理想气体状态方程的其他形式以及各参量之间的关系 58
2.7.4 理想气体状态方程的应用 59
2.7.5 多系统时的状态方程 65
2.8 混合理想气体的状态方程 67
2.8.1 道尔顿分压定律 67
2.8.2 体积百分比 68
2.8.3 混合理想气体的状态方程 68
*2.9 实际气体的状态方程 71
习题 72
第3章 热力学第一定律 80
3.1 热力学过程 80
3.1.1 热力学过程的概念 80
3.1.2 非静态过程 81
3.1.3 准静态过程 81
3.1.4 四种特殊的准静态过程 82
3.1.5 泊松公式 84
3.1.6 多方过程与非多方过程 86
3.1.7 热力学过程中的温度变化 86
3.2 热力学过程中的体积功 88
3.2.1 体积功的概念 88
3.2.2 几种特殊热力学过程的功 90
3.3 热力学系统的内能 93
3.3.1 分子动理论中内能的定义 93
3.3.2 焦耳定律 理想气体的定义 94
3.3.3 理想气体的内能及内能变化 94
3.4 热力学过程的热量 96
3.4.1 热量的本质 97
*3.4.2 焦耳的贡献 98
3.4.3 热、功和内能的转化 99
3.4.4 过程量与状态量 100
3.5 热力学第一定律 100
*3.5.1 历史溯源 100
3.5.2 热力学第一定律的表述形式 102
3.5.3 热力学第一定律的数学表达式 102
3.5.4 举例 103
*3.5.5 第一类永动机 104
3.6 热容 105
3.6.1 热容的定义 105
3.6.2 等容过程的热容 106
3.6.3 焓 等压过程的热容量 107
3.6.4 等容热容与等压热容的关系 109
3.7 热力学第一定律的应用110
3.7.1 四种特殊热力学过程的定性分析110
3.7.2 四种特殊热力学过程的定量分析113
3.8 循环过程 123
3.8.1 正循环与热机 123
3.8.2 逆循环 124
*3.8.3 蒸汽机简介 125
*3.8.4 内燃机 128
习题 129
第4章 热力学第二定律 138
4.1 自然过程的方向 139
4.1.1 理想气体的绝热自由膨胀 139
4.1.2 自然过程的方向 140
4.2 可逆过程与不可逆过程 141
4.2.1 可逆过程 141
4.2.2 自然界的实际过程都是不可逆的 142
4.2.3 可逆过程和准静态过程 142
4.3 热力学第二定律的两种文字表述 143
4.3.1 克劳修斯表述 143
4.3.2 开尔文表述 143
*4.3.3 第二类永动机 144
4.3.4 两种表述的关系 148
4.3.5 各种不可逆过程是互相关联的 150
4.4 卡诺定理热力学温标 151
4.4.1 卡诺定理 151
4.4.2 热力学温标 153
4.4.3 热力学第三定律 负温度 154
4.4.4 关于各种温标的小结 154
4.5 热力学概率 155
4.5.1 热现象的微观解释 155
4.5.2 宏观量是相应微观量的统计平均值 157
4.5.3 微观配容与宏观分布 158
4.5.4 宏观分布和微观配容数的计算 159
4.5.5 等概率原理 160
4.5.6 热力学概率 160
4.5.7 自发过程中的热力学概率总是增大的 161
4.6 熵 熵增原理 161
4.6.1 玻尔兹曼关系 162
4.6.2 熵的物理意义 163
*4.6.3 信息熵 164
4.6.4 熵增原理 165
4.7 热力学第二定律的数学表达式 165
4.7.1 热力学第二定律的数学表达式 165
*4.7.2 熵差的计算 167
习题 168
第5章 固体和液体的性质 170
5.1 物质的物态 170
5.1.1 物态 170
5.1.2 气液固三态的特点 171
5.1.3 液晶 172
*5.1.4 流变学 172
*5.1.5 凝聚态物理 174
5.2 固体的性质简介 174
5.2.1 晶体 174
5.2.2 非晶体 177
5.3 液体的微观结构 179
5.3.1 液体的微观结构 179
5.3.2 液体分子的热运动与作用能 179
5.4 液体的彻体性质 180
5.4.1 液体的压缩 180
5.4.2 液体的热膨胀 180
5.4.3 液体的热容 181
5.4.4 扩散 181
5.4.5 热传导 181
5.4.6 黏滞 181
5.5 液体的表面现象 182
5.5.1 表面张力 182
5.5.2 弯曲液面的附加压强 189
5.6 润湿与毛细现象 192
5.6.1 润湿与不润湿现象 192
5.6.2 接触角 193
5.6.3 毛细现象 195
习题 198
第6章 相变 203
6.1 物态变化相变 203
6.1.1 物态物态变化 203
6.1.2 相相变 204
6.1.3 一级相变 206
6.2 液-气相转变 206
6.2.1 汽化和液化 206
6.2.2 蒸发饱和蒸气压 207
6.2.3 沸腾 213
6.2.4 蒸发与沸腾的比较 215
6.2.5 气体的液化 215
6.2.6 汽化曲线或液化曲线 217
6.2.7 汽化热和液化热 217
6.2.8 空气的湿度 219
6.3 固-液相变 221
6.3.1 熔化与凝固 221
6.3.2 影响熔点的因素 222
6.3.3 熔化热凝固热 222
6.3.4 熔化曲线 224
6.4 固-气相变 226
6.4.1 升华与凝华 226
6.4.2 升华热和凝华热 227
6.4.3 升华曲线 227
6.5 三相图和三相点 228
6.5.1 三相图 228
6.5.2 三相点 229
6.5.3 相变潜热 229
习题 230
第7章 热传递与热膨胀 234
7.1 热平衡方程 234
7.2 热传递概述 238
7.3 热传导 239
7.3.1 导热系数(热导率) 239
7.3.2 傅里叶热传导定律 240
7.4 对流传热 243
7.4.1 牛顿冷却定律 244
7.4.2 热传导、热对流所传递的热量与温度差 245
*7.4.3 大气环流 246
7.5 辐射传热 246
7.5.1 黑体与黑体辐射 247
7.5.2 斯特藩-玻尔兹曼定律 248
7.5.3 维恩位移律 249
*7.5.4 色温 250
7.6 热膨胀 251
7.6.1 分子动理论的定性解释 251
7.6.2 热膨胀系数 251
7.6.3 固体的热膨胀 253
7.6.4 液体的热膨胀 255
7.6.5 气体的热膨胀 256
习题 257
习题参考答案 262