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第一章 导论1

1.1 宏观描述方法与微观描述方法1

1.1.1 热学的研究对象及其特点1

1.1.2 宏观描述方法与微观描述方法2

1.2 热力学系统的平衡态4

1.2.1 热力学系统4

1.2.2 平衡态与非平衡态4

1.2.3 热力学平衡5

1.2.4 非平衡态的宏观描述6

1.3 温度7

1.3.1 温度7

1.3.2 热力学第零定律7

1.3.3 温标9

1.4 物态方程13

1.4.1 物态方程13

1.4.2 体膨胀系数、压缩系数、压强系数热膨胀现象14

1.4.3 理想气体物态方程16

1.4.4 混合理想气体物态方程18

1.5 物质的微观模型18

1.5.1 物质由大数分子组成19

1.5.2 分子热运动的例证——扩散、布朗运动与涨落20

1.5.3 分子间的吸引力与排斥力23

1.6 理想气体微观描述的初级理论25

1.6.1 理想气体微观模型25

1.6.2 单位时间内碰在单位面积器壁上平均分子数Г=？/627

1.6.3 理想气体压强公式·压强的单位换算28

1.6.4 温度的微观意义31

1.6.5 气体分子碰壁数和p=nkT公式的简单应用32

1.7 分子间作用力势能与真实气体物态方程34

1.7.1 分子间相互作用势能曲线34

1.7.2 分子碰撞有效直径、固体分子热振动、固体热膨胀36

1.7.3 范德瓦耳斯方程38

1.7.4 昂内斯方程42

1.7.5 几种典型的分子作用力势能曲线43

选读材料1.1 实用温度计简介44

选读材料1.2 热膨胀现象47

选1.2.1 岩石风化47

选1.2.2 在古代热胀冷缩用于开山凿河48

选1.2.3 伸缩缝 高速铁路中的无缝钢轨48

选读材料1.3 天空中的涨落49

选1.3.1 为什么天空是蓝色的？为什么日出日落时太阳是红色的？49

选1.3.2 光的散射49

选读材料1.4 范德瓦耳斯方程中的b是分子固有体积的4倍的证明50

思考题51

习题52

第二章 分子动理学理论的平衡态理论57

2.1 分子动理学理论与统计物理学57

2.2 概率论的基本知识59

2.2.1 伽尔顿板实验59

2.2.2 等概率性与概率的基本性质60

2.2.3 平均值及其运算法则61

2.2.4 均方偏差63

2.2.5 概率分布函数63

2.3 麦克斯韦速率分布66

2.3.1 分子射线束实验66

2.3.2 麦克斯韦速率分布68

2.4 麦克斯韦速度分布72

2.4.1 速度空间72

2.4.2 麦克斯韦速度分布75

2.4.3 相对于vp的（麦克斯韦）速度分量分布与速率分布·误差函数76

2.4.4 从麦克斯韦速度分布导出速率分布78

2.4.5 绝对零度时金属中自由电子的速度分布与速率分布（费米球）79

2.5 气体分子碰壁数及其应用80

2.5.1 由麦克斯韦速度分布导出气体分子碰壁数80

2.5.2 气体压强公式的导出·简并压强82

2.5.3 分子（原子）束技术与速率分布83

2.5.4 热电子发射85

2.6 外力场中自由粒子的分布·玻耳兹曼分布86

2.6.1 等温大气压强公式·悬浮微粒按高度分布86

2.6.2 旋转体中粒子径向分布·超速离心技术88

2.6.3 玻耳兹曼分布89

2.7 能量均分定理90

2.7.1 理想气体热容91

2.7.2 自由度与自由度数92

2.7.3 能量均分定理94

2.7.4 能量按自由度均分的物理原因96

2.7.5 能量均分定理用于布朗粒子97

2.7.6 能量均分定理的局限 自由度的冻结98

2.7.7 固体的热容·杜隆-珀蒂定律99

附录2.1 一些定积分公式102

选读材料2.1 地球大气逃逸、月球和行星大气、太阳和太阳风、地球磁层102

选2.1.1 地球大气逃逸102

选2.1.2 月球大气103

选2.1.3 行星大气104

选2.1.4 太阳106

选2.1.5 太阳风107

选2.1.6 地球磁层——地球生命的第一把保护伞108

选读材料2.2 同位素分离获得浓缩铀109

选读材料2.3 子系温度与负温度110

选读材料2.4 台风 飓风 龙卷风112

选读材料2.5 热辐射——分子动理论对于光子气体的应用113

选2.5.1 光子的主要特征113

选2.5.2 热辐射 普朗克定律 黑体114

选2.5.3 光压116

选2.5.4 斯特藩-玻耳兹曼定律118

思考题119

习题121

第三章 输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论126

3.1 黏性现象的宏观规律126

3.1.1 牛顿黏性定律 层流 湍流与混沌126

3.1.2 泊肃叶定律·管道流阻132

3.1.3 斯托克斯定律·云、雾中的水滴134

3.2 扩散现象的宏观规律135

3.2.1 菲克定律·自扩散与互扩散135

3.2.2 看作布朗粒子运动的扩散公式x-2=2Dt138

3.3 热传导现象的宏观规律140

3.3.1 傅里叶定律·线性输运与非线性输运140

3.3.2 热欧姆定律142

3.3.3 多孔绝热技术143

3.4 对流传热144

3.4.1 自然对流144

3.4.2 牛顿冷却定律·集成电路的散热146

3.4.3 两相对流传热·热管147

3.5 气体分子平均自由程147

3.5.1 碰撞（散射）截面148

3.5.2 分子间平均碰撞频率149

3.5.3 气体分子间相对运动速率分布151

3.5.4 气体分子平均自由程152

3.6 气体分子碰撞的概率分布153

3.6.1 气体分子的自由程分布154

3.6.2 气体分子碰撞时间的概率分布155

3.7 气体输运系数的导出156

3.7.1 气体黏度导出156

3.7.2 气体的热传导系数与扩散系数159

3.7.3 与实验结果的比较161

3.8 稀薄气体中的输运过程163

3.8.1 稀薄气体的特征163

3.8.2 稀薄气体中的热传导现象及黏性现象、扩散现象164

选读材料3.1 量纲分析法简介168

选读材料3.2 化学反应动力学 催化剂与酶170

选读材料3.3 辐射传热173

选3.3.1 基尔霍夫定律173

选3.3.2 辐射传热175

选3.3.3 太阳表面温度的估计176

选3.3.4 温室减少热辐射 地球表面平均温度的估计177

选3.3.5 空腔辐射传热 人体辐射热损失179

选读材料3.4 温室效应180

选读材料3.5 大气环流——大气中的自然对流传热182

选读材料3.6 太阳能热水器183

思考题184

习题185

第四章 热力学第一定律189

4.1 可逆与不可逆过程189

4.1.1 准静态过程189

4.1.2 弛豫时间191

4.1.3 可逆与不可逆过程192

4.2 功和热量194

4.2.1 功是力学相互作用下的能量转移194

4.2.2 体积膨胀功195

4.2.3 其他形式的功197

4.2.4 热量与热质说199

4.3 热力学第一定律201

4.3.1 能量守恒与转换定律201

4.3.2 内能定理203

4.4 热容与焓204

4.4.1 定体热容与内能204

4.4.2 定压热容与焓205

4.4.3 化学反应中的反应热、生成焓及赫斯定律206

4.5 第一定律对气体的应用208

4.5.1 理想气体的内能·焦耳实验208

4.5.2 理想气体的等体、等压、等温过程210

4.5.3 绝热过程211

4.5.4 大气温度绝热递减率216

4.5.5 气体声速公式219

4.5.6 多方过程221

4.6 热机226

4.6.1 热机·蒸汽机226

4.6.2 卡诺热机228

4.6.3 内燃机循环230

4.7 焦耳-汤姆孙效应与制冷机235

4.7.1 制冷循环与制冷系数235

4.7.2 焦耳-汤姆孙效应236

4.7.3 气体压缩式制冷机238

4.7.4 热泵型空调器239

选读材料4.1 宇宙大爆炸与宇宙膨胀241

选4.1.1 宇宙是有限的还是无限的？241

选4.1.2 爱因斯坦的静态宇宙模型241

选4.1.3 宇宙膨胀、哈勃定律和宇宙大爆炸242

选4.1.4 暗能量和暗物质242

选4.1.5 宇宙年龄244

选4.1.6 热宇宙模型245

选读材料4.2 大气层结构和臭氧层246

选4.2.1 大气层热层结构246

选4.2.2 臭氧层——地球上生命的第二把保护伞248

选读材料4.3 汽轮机250

思考题251

习题253

第五章 热力学第二定律与熵258

5.1 热力学第二定律的表述及其实质258

5.1.1 热力学第二定律的两种表述及其等效性258

5.1.2 利用两种表述判别可逆、不可逆260

5.1.3 利用四种不可逆因素判别可逆、不可逆262

5.1.4 热力学第二定律的实质·第二定律与第一定律、第零定律的比较·可用能263

5.2 卡诺定理264

5.2.1 卡诺定理·不可能性与基本定律265

5.2.2 卡诺定理的应用268

5.2.3 热力学温标270

5.3 熵与熵增加原理271

5.3.1 克劳修斯等式271

5.3.2 熵和熵的计算273

5.3.3 温-熵图276

5.3.4 熵增加原理278

5.3.5 热寂说281

5.3.6 “熵恒增”与“能贬值”·“最大功”与“最小功”282

5.3.7 热力学第二定律的数学表达式283

5.3.8 熵的微观意义·玻耳兹曼关系284

选读材料5.1 热力学第二定律的统计解释288

选5.1.1 宏观状态与微观状态288

选5.1.2 热力学第二定律的微观解释290

选读材料5.2 熵与信息292

选5.2.1 信息与信息量292

选5.2.2 信息熵294

选5.2.3 麦克斯韦妖294

选5.2.4 信息处理消耗能量的下限295

选读材料5.3 生命“赖负熵为生”296

选5.3.1 遗传密码·生物高聚物中的信息·克隆技术296

选5.3.2 生物中的负熵（流）298

选读材料5.4 超流氦的喷泉效应，它违背热力学第二定律吗？299

选5.4.1 喷泉效应，它违背热力学第二定律吗？299

选5.4.2 液氦Ⅱ的超流动性300

选5.4.3 液氦Ⅱ的二流体模型300

选5.4.4 喷泉效应的解释301

思考题302

习题304

第六章 物态与相变306

6.1 物质的五种物态306

6.1.1 引言306

6.1.2 固态307

6.2 液体310

6.2.1 液体的微观结构311

6.2.2 液体的彻体性质313

6.3 液体的表面现象315

6.3.1 表面张力与表面能315

6.3.2 弯曲液面附加压强317

6.3.3 润湿与不润湿·毛细现象320

6.4 气液相变324

6.4.1 相与相变324

6.4.2 汽化和凝结325

6.4.3 真实气体等温线331

6.4.4 范德瓦耳斯等温线335

6.4.5 临界点·一级相变与连续相变·临界乳光338

6.5 固-液、固-气相变·相图343

6.5.1 固-液及固-气相变343

6.5.2 相图346

6.5.3 克拉珀龙方程349

选读材料6.1 超密态物质353

选6.1.1 白矮星353

选6.1.2 中子星354

选6.1.3 黑洞354

选读材料6.2 等离子体354

选读材料6.3 液晶及液晶显示器原理355

选读材料6.4 水的结构与物理性质·水是生命之源359

选读材料6.5 表面活性剂361

选读材料6.6 固体的表面与界面362

选6.6.1 界面与表面362

选6.6.2 固体表面吸附363

选6.6.3 二维物理 膜的功能364

选6.6.4 温差电现象·温差发电与温差电制冷365

思考题367

习题369

思考题、习题提示与答案373

参考文献389

附录390

（Ⅰ）书中所列表格的索引390

（Ⅱ）常用物理学常量390

索引392