熱學

本書作者在中國科學技術大學長期講授本科生的熱學基礎課，具有豐富的教學經驗。在參閲多部國內外優秀教材和多年教學積累的基礎上，作者試圖編寫一本適應交叉學科人才培養的需求、具有時代氣息的熱學教材。內容以温度為主線，熱與温度相呼應、微觀和宏觀相配合，力圖給讀者以清晰完整的物理圖像。書中重視熱學理論與實踐的聯繫，重視學科的新發展和新成就。書後亦附有大量的習題，供讀者有針對性地選擇練習，以加深對課程內容的理解，培養利用所學理論、知識解決實際問題的能力。

本書可作為綜合性大學和理工類院校普通物理熱學教科書或主要參考書，亦可供大專院校相關專業及科技工作者參考。 ^[1] 

序(Ⅰ)

前言(Ⅲ)

緒論(1)

0.1熱運動(2)

0.2熱學的發展(3)

0.3熱學的研究對象與方法(4)

0.4熱學的理論體系與思想(5)

第1章温度(7)

1.1熱力學系統的描述(8)

1.1.1熱力學系統(8)

1.1.2熱力學系統性質(9)

1.1.3熱力學系統的狀態(10)

1.2熱力學第零定律(12)

1.2.1熱平衡和熱力學第零定律(12)

1.2.2温度(13)

*1.2.3温度世界(14)

1.3温標及温度測量(16)

1.3.1經驗温標(16)

*1.3.2幾種常用的温度計(17)

1.3.3理想氣體温標(21)

1.3.4熱力學温標及其他温標(23)

1.4不同温度下物質的聚集狀態(25)

1.4.1固態(25)

1.4.2液態與氣態(27)

1.5物態方程(28)

1.5.1一般情形(28)

1.5.2各向同性的固體與液體的狀態方程(29)

1.5.3氣體狀態方程(32)

第2章熱運動統計規律(43)

2.1物質的微觀模型(44)

2.1.1原子分子論(44)

2.1.2固體的微觀特徵(47)

2.1.3液體的微觀特徵(50)

2.1.4氣體的微觀特徵(53)

2.2描述大數粒子的統計方法(58)

2.2.1決定論與概率論(58)

2.2.2概率與概率分佈函數(60)

2.2.3統計平均值(63)

2.2.4漲落現象(64)

2.3理想氣體的壓強和温度(65)

2.3.1理想氣體的微觀模型(66)

2.3.2理想氣體壓強公式(67)

2.3.3温度的統計意義(69)

2.4范德瓦耳斯方程的微觀圖像(72)

2.5麥克斯韋分佈律(74)

2.5.1速度空間與速度分佈函數(75)

2.5.2麥克斯韋速度分佈律(76)

2.5.3麥克斯韋速率分佈律(77)

2.5.4麥克斯韋速率分佈律的應用(81)

*2.5.5麥克斯韋分佈律的驗證與推導(85)

2.6玻耳茲曼分佈律(89)

2.6.1玻耳茲曼分佈律(89)

2.6.2氣體分子在重力場中按高度的分佈(90)

*2.6.3懸浮粒子按高度的分佈(91)

2.7能量均分定理及應用(92)

2.7.1自由度(92)

2.7.2能量均分定理(93)

2.7.3理想氣體的內能和熱容(95)

2.7.4經典極限(97)

*2.8經典統計對量子統計(98)

2.8.1宏觀狀態與微觀狀態(98)

2.8.2經典統計與量子統計對粒子微觀狀態的描述(99)

2.8.3經典統計與量子統計對系統微觀狀態的描述(101)

2.8.4量子統計向經典統計的過渡(105)

附錄2.1積分表(108)

附錄2.2誤差函數簡表(108)

第3章熱與熱傳遞(109)

3.1熱(110)

3.1.1熱相互作用(110)

3.1.2熱的本質(111)

3.1.3熱量(112)

3.2物質的熱性質與分子熱運動(114)

3.2.1物質熱容量(114)

3.2.2黏滯現象(117)

3.2.3擴散現象(121)

3.3表面現象與分子力(126)

3.3.1界面與表面(126)

3.3.2液體的表面張力(127)

3.3.3潤濕與毛細現象(132)

*3.3.4固體表面的吸附現象(134)

3.4熱傳遞(136)

3.4.1熱傳導(136)

3.4.2對流傳熱(138)

3.4.3輻射傳熱(139)

*3.5傳熱與環境和生命現象(142)

3.5.1太陽對地球的輻射能流(142)

3.5.2大氣環境中的熱傳遞(144)

3.5.3傳熱與生命現象(145)

第4章熱力學第一定律(147)

4.1熱力學過程(148)

4.1.1一般的熱力學過程(148)

4.1.2準靜態過程(148)

4.2功與熱(150)

4.2.1功相互作用(150)

4.2.2準靜態過程的功(151)

4.2.3熱功相當(154)

4.3熱力學第一定律(155)

4.3.1能量守恆定律(155)

4.3.2內能(157)

4.3.3熱力學第一定律的數學表述(159)

4.4熱力學第一定律對pV系統的應用(161)

4.4.1定容熱容和內能(161)

4.4.2定壓熱容和焓(161)

4.4.3化學反應熱(162)

4.5理想氣體的熱力學過程(163)

4.5.1焦耳實驗(163)

4.5.2理想氣體的內能和焓(164)

4.5.3理想氣體的準靜態過程(166)

4.6焦耳湯姆孫效應(173)

4.6.1焦耳湯姆孫實驗(173)

4.6.2焦耳湯姆孫效應的初步解釋(175)

4.7循環過程與熱機(176)

4.7.1循環過程(176)

4.7.2卡諾循環(178)

*4.7.3熱機(180)

第5章熱力學第二定律(187)

5.1熱力學第二定律的經典表述(188)

5.1.1熱力學過程的方向性(188)

5.1.2熱力學第二定律的經典表述(190)

5.2卡諾定理及其應用(193)

5.2.1卡諾定理(193)

5.2.2卡諾定理的應用(195)

5.3熱力學温標(197)

5.4熱力學第二定律的熵表述(200)

5.4.1克勞修斯不等式(200)

5.4.2熵(203)

5.4.3熵的計算(205)

5.4.4熵增加原理(208)

5.5熵的屬性(211)

5.5.1熵與無序程度(211)

*5.5.2熵與可用能量(216)

*5.5.3熵與時間方向(218)

*5.6熱機與環境(219)

5.6.1熱機的能流(219)

5.6.2熱污染和空氣污染(221)

*5.7非平衡態與非平衡過程(223)

5.7.1近平衡的非平衡態(223)

5.7.2遠離平衡的非平衡態系統(225)

第6章相變與潛熱(229)

6.1相與相變(230)

6.1.1相與態(230)

6.1.2一級相變與潛熱(231)

6.1.3相變的物理機制(232)

6.2氣液相變(233)

6.2.1蒸發與凝結(233)

6.2.2沸騰(236)

*6.2.3濕空氣與濕度(240)

6.3固液及固氣相變(241)

6.3.1固液相變(241)

6.3.2固氣相變(242)

6.4相平衡(243)

6.4.1相平衡條件(243)

6.4.2相圖(245)

6.4.3相平衡時的參量關係(247)

*6.5臨界現象(251)

6.5.1實際氣體的等温線(251)

6.5.2臨界狀態(252)

6.5.3臨界參數(254)

第7章非常規温度(257)

*7.1低温與極低温的獲得(258)

7.1.1低温獲得(258)

7.1.2極低温的獲得(260)

*7.2熱力學第三定律(262)

7.2.1絕對零度(262)

7.2.2零點問題(264)

7.2.3負温度(265)

*7.3低温世界的奇異物性(267)

7.3.1超流現象(267)

7.3.2超導現象(269)

7.3.3低温世界色彩紛呈(270)

*7.4高温條件下的物質(271)

7.4.1温度與等離子體(271)

7.4.2等離子體特有的性質(273)

*7.5等離子體的温度與熱力學態(277)

7.5.1等離子體的温度概念(277)

7.5.2等離子體的熱力學態(279)

7.5.3等離子體分類(280)

*7.6等離子體應用(281)

7.6.1高温等離子體聚變能應用(281)

7.6.2低温等離子體的應用(285)

習題(289)

部分習題參考答案(310)

參考書目(317)

附錄熱學中常用的物理常量(318)

常用概念中英文索引(319) ^[1]