目录
译序前言
第一部分基础知识III V
1
第 1 章 热物理学中的能量2
1.1 热平衡 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
1.2 理想气体 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
1.2.1气体的微观模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
1.3 能量均分定理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
1.4 功和热 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
1.5 压缩做功 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
1.5.1理想气体的压缩 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
1.6 热容 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
1.6.1潜热 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24
1.6.2焓 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
1.7 过程的速率 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
1.7.1热传导 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
1.7.2理想气体的热导率 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
1.7.3黏度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
1.7.4扩散 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
第 2 章 热力学第二定律37
2.1 双状态系统 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
2.1.1双状态顺磁体 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
2.2 固体的爱因斯坦模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
2.3 有相互作用的系统 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42
2.4 具有大量粒子的系统 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
2.4.1非常大的数字 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
2.4.2斯特林近似 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46
2.4.3大 型 爱 因 斯 坦 固 体 的 重 数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
2.4.4重数函数的锐度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48
2.5理想气体51
2.5.1单原子分子理想气体的重数51
2.5.2相互作用的理想气体54
2.6 熵56
2.6.1理想气体的熵58
2.6.2混合熵60
2.6.3可逆和不可逆过程61
第 3 章 相互作用及其结果64
3.1 温度64
3.1.1一个不实际的类比67
3.1.2现实世界的例子68
3.2熵和热69
3.2.1预测热容69
3.2.2测量熵70
3.2.3熵的宏观解释71
3.3 顺磁73
3.3.1记号与微观物理73
3.3.2数值解74
3.3.3解析解77
3.4机械平衡与压强80
3.4.1热力学恒等式82
3.4.2再谈熵和热83
3.5扩散平衡和化学势85
3.6总结与展望89
第二部分热力学91
第 4 章 热机与制冷机92
4.1 热机92
4.1.1卡诺循环94
4.2制冷机96
4.3真实的热机98
4.3.1内燃机98
4.3.2蒸汽机101
4.4真实的制冷机103
4.4.1节流过程103
4.4.2气体的液化106
4.4.3迈向绝对零度108
第 5 章 自由能与化学中的热力学112
5.1自由能与可用功112
5.1.1电解、燃料电池和电池114
5.1.2热力学恒等式118
5.2自由能与到达平衡的驱动力121
5.2.1广延量与强度量122
5.2.2吉布斯自由能与化学势123
5.3纯净物的相变125
5.3.1钻石与石墨127
5.3.2克劳修斯-克拉珀龙关系129
5.3.3范德瓦耳斯模型134
5.4混合物的相变139
5.4.1混合物的吉布斯自由能139
5.4.2互溶混合物的相变143
5.4.3共晶系统的相变146
5.5 稀 溶液149
5.5.1溶剂与溶质的化学势149
5.5.2渗透压151
5.5.3熔点与沸点153
5.6 化学平衡155
5.6.1固氮157
5.6.2水的解离159
5.6.3氧气在水中的溶解161
5.6.4氢的电离162
第三部分统计力学164
第 6 章 玻尔兹曼统计165
6.1玻尔兹曼因子165
6.1.1配分函数168
6.1.2原子的热激发169
6.2 平 均值171
6.2.1顺磁173
6.2.2双原子分子的转动175
6.3能量均分定理178
6.4麦克斯韦速率分布180
6.5配分函数与自由能184
6.6组合系统的配分函数186
6.7再看理想气体188
6.7.1配分函数188
6.7.2预测190
第 7 章 量子统计193
7.1吉布斯因子193
7.1.1例子：一氧化碳中毒194
7.2玻色子和费米子196
7.2.1分布函数199
7.3简并费米气体203
7.3.1温度为零204
7.3.2较小的非零温度208
7.3.3态密度210
7.3.4索末菲展开212
7.4黑体辐射216
7.4.1紫外灾难216
7.4.2普朗克分布216
7.4.3光子217
7.4.4对所有模式求和218
7.4.5普朗克谱219
7.4.6总能量221
7.4.7光子气体的熵221
7.4.8宇宙背景辐射222
7.4.9从洞中逃离的光子225
7.4.10其他物体的辐射227
7.4.11太阳和地球228
7.5固体的德拜模型230
7.6玻色-爱因斯坦凝聚235
7.6.1真实世界中的例子239
7.6.2为什么会发生？240
第 8 章 相互作用粒子组成的系统245
8.1弱相互作用气体245
8.1.1配分函数246
8.1.2集团展开247
8.1.3第二维里系数250
8.2铁磁体的伊辛模型254
8.2.1一维情况的解析解255
8.2.2平均场近似257
8.2.3蒙特卡罗模拟259
附录 A 量子力学基础267
A.1波粒二象性的证据267
A.1.1光电效应267
A.1.2电子干涉269
A.2波函数270
A.2.1不确定性原理272
A.2.2线性独立的波函数273
A.3具有确定能量的波函数274
A.3.1盒子中的粒子274
A.3.2谐振子276
A.3.3氢原子278
A.4角动量279
A.4.1分子的转动280
A.4.2自旋282
A.5多粒子系统283
A.6量子场论284
附录 B 数学结论286
B.1高斯积分286
B.2伽马函数288
B.3斯特林近似290
B.4d 维超球体的表面积292
B.5量子统计中的积分293
推荐阅读297
参考数据303
中文索引307
英文索引313