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绪言1

0.1 热学研究的对象1

0.2 热学研究的方法1

0.2.1 宏观方法2

0.2.2 微观方法2

0.2.3 近独立子系微观运动状态的子相宇几何表示法2

0.3 热学研究的特点4

第一章 平衡态和状态方程6

1.1 平衡态 状态参量6

1.2 温度和温标9

1.2.1 温度9

1.2.2 热力学第零定律和温标9

1.2.3 国际实用温标(IPTS)和1990国际温标15

1.3 状态方程17

1.3.1 单元均匀系的状态方程17

1.3.2 纯物质的 p-V 图17

1.3.3 纯物质的 p-V-T 图20

1.3.4 理想气体状态方程22

1.3.5 摩尔气体常数 R25

1.3.6 状态方程的普遍形式27

1.4 膨胀系数和压缩系数28

思考题30

习题31

第二章 气体分子动理论36

2.1 物质分子动理论的基本图象36

2.1.1 物质结构的分子、原子学说36

2.1.2 分子处于不停顿的无规则的热运动之中40

2.1.3 分子间存在着相互作用力——分子力44

2.1.4 讨论46

2.2 理想气体的压强公式48

2.2.1 理想气体的微观模型48

2.2.2 平衡态和细致平衡原理49

2.2.3 理想气体的压强公式50

2.2.4 道尔顿分压定律和混合气体的状态方程52

2.3 温度的统计解释53

2.3.1 理想气体微观模型中温度的概念53

2.3.2 理想气体的温度公式54

2.4 范德瓦耳斯方程57

思考题62

习题63

3.1.1 概率和统计规律性66

第三章 气体分子热运动速度的统计分布律66

3.1 概率分布和概率分布函数66

3.1.2 概率分布和色散68

3.1.3 连续的随机变量和分布函数69

3.2 三种常用的分布71

3.2.1 高斯分布71

3.2.2 二项分布73

3.2.3 近独立子系的最概然分布——麦克斯韦-玻耳兹曼分布78

3.3 系统的无序度和态函数熵81

3.4 麦克斯韦速度分布律和速率分布律83

3.4.1 速度空间和麦克斯韦速度分布律83

3.4.2 麦克斯韦速率分布函数及其基本性质86

3.4.3 实验测定麦克斯韦速率分布函数87

3.4.4 统计规律性和涨落89

3.5 麦克斯韦速率分布律和速度分布律应用举例91

3.5.1 麦克斯韦速率分布律的应用举例91

3.5.2 麦克斯韦速度分布律的应用举例94

3.6 重力场中微粒按高度的分布和玻耳兹曼分布律100

3.6.1 重力场中微粒按高度的分布100

3.6.2 玻耳兹曼分布律102

3.6.3 玻耳兹曼分布律及其配分函数104

思考题105

习题107

第四章 能量均分定理和理想气体的内能111

4.1 能量按自由度均分定理112

4.1.1 自由度的概念112

4.1.2 能量按自由度均分定理113

4.2 理想气体的内能和定体热容114

4.3 能量均分定理的统计解释116

4.3.1 单原子分子气体能量均分定理的统计解释117

4.3.2 双原子分子气体能量均分定理的统计解释118

4.3.3 麦玻分布律和经典的能量均分定理122

4.4 经典热容理论的缺陷和量子概念的提出123

4.4.1 杜隆-珀替定律和理想固体模型123

4.4.2 经典理论的缺陷和量子概念的提出124

4.4.3 爱因斯坦的固体晶格的热容理论127

4.5 量子近独立子系的两种统计分布129

4.5.1 黑体辐射和普朗克的量子论129

4.5.2 光子气体和玻色-爱因斯坦分布131

4.5.3 费米子和费米-狄拉克分布137

4.5.4 费米分布对自由电子气体的应用138

思考题145

习题146

第五章 热力学第一定律148

5.1 准静态过程及其中所作的功148

5.1.1 准静态过程148

5.1.2 准静态过程中所作的功149

5.2 内能函数和热量151

5.2.1 内能函数的微观解释151

5.2.2 内能函数的宏观解释152

5.2.3 热量154

5.3 热力学第一定律的表述155

5.3.1 热力学第一定律的表述155

5.3.2 功和热量的微观解释156

5.4.1 态函数焓157

5.4 态函数焓和定压热容157

5.4.2 定压热容和比热158

5.4.3 理想气体的热容公式161

5.5 热力学第一定律对理想气体的应用163

5.5.1 等体、等压和等温过程163

5.5.2 绝热过程164

5.5.3 多方过程166

5.6 焦耳-汤姆孙效应169

5.7 单相均匀系中的态函数熵172

5.7.1 单相均匀系中定义熵的两种方法173

5.7.2 温熵图(T-S 图)174

5.7.3 T-S 图上理想气体的多方过程175

思考题177

习题178

第六章 热力学第二定律184

6.1 可逆过程和不可逆过程184

6.2 不可逆过程中所作的体积功187

6.3 热力学循环及其效率188

6.4 热力学第二定律的表述191

6.4.1 热功转换的不可逆性和热力学第二定律的开尔文表述192

6.4.2 热传递的不可逆性和热力学第二定律的克劳修斯表述193

6.4.3 开尔文表述和克劳修斯表述的等价性194

6.5 热力学第二定律的统计解释195

6.6 绝热不可达原理及其对可逆过程的应用197

6.6.1 引进态函数熵的两种宏观方法197

6.6.2 绝热不可达原理的表述199

6.6.3 绝热不可达原理对可逆过程的应用和态函数σ199

6.6.4 热力学温度和态函数熵201

6.6.5 可逆过程中的热力学微分方程202

6.7 存在熵和热力学温度的证明205

6.7.1 存在态函数熵的证明205

6.7.2 存在热力学温度的证明206

6.8 绝热不可达原理对不可逆过程的应用和熵增加原理208

6.8.1 熵增加原理208

6.8.2 克劳修斯不等式210

6.8.3 热力学第二定律的熵表述211

6.8.4 自由能和自由焓判据213

6.9 绝热不可达原理与热力学第二定律214

6.10 卡诺循环和卡诺定理216

6.10.1 卡诺循环及其效率216

6.10.2 卡诺定理和提高热机效率的方向和限度220

6.11.1 熵与信息222

6.11 关于热力学第二定律的讨论222

6.11.2 热力学定律和宇宙论225

思考题227

习题228

第七章 液体233

7.1 液体的彻体性质233

7.1.1 相对于气体和固体的液体233

7.1.2 液体的结构及其径向分布函数235

7.1.3 液体的状态方程和内能函数237

7.1.4 液晶240

7.1.5 液体粘滞性的艾林分子动力论242

7.2 液体的表面性质244

7.2.1 液体的表面张力系数244

7.2.2 存在曲面分界的系统中的力学平衡条件248

7.2.3 两种介质交界面上的力学平衡条件249

7.2.4 毛细现象252

思考题253

习题254

第八章 固体258

8.1 晶体258

8.1.1 晶体的宏观特征258

8.1.2 晶体的微观结构259

8.2 非晶态固体263

8.3 晶体的结合265

8.3.1 晶体结合的基本类型265

8.3.2 固体的结合能266

8.4.2 晶体的表面能271

8.4 固体的表面271

8.4.1 晶体的表面结构271

8.5 固体的弹性和强度273

8.5.1 固体材料的弹性273

8.5.2 固体材料的强度275

8.5.3 晶体中的缺陷278

思考题280

习题280

第九章 单元系的复相平衡和相变282

9.1 平衡相变和非平衡相变282

9.1.1 开放系统的热力学微分方程和化学势282

9.1.2 相平衡条件283

9.1.3 平衡的稳定条件284

9.2.1 相平衡曲线和三相点286

9.2 单元系的复相平衡和平衡相变286

9.2.2 克拉珀龙-克劳修斯方程及其应用287

9.2.3 相变潜热和蒸气压方程289

9.3 范德瓦耳斯状态方程和气液相变290

9.3.1 范德瓦耳斯状态方程的等温线290

9.3.2 液体的蒸发及其微观解释297

9.4 曲面液体上的饱和蒸气压298

9.5 液体的沸腾300

9.6 临界现象和连续相变301

9.6.1 临界点附近的相变热力学301

9.6.2 厄仑菲斯特方程307

9.6.3 临界指数和经典的朗道(Landau)理论308

9.6.4 普适性和标度律316

思考题317

习题318

第十章 气体内分子的碰撞和输运现象320

10.1 气体分子的碰撞和平均自由程320

10.1.1 有效碰撞截面320

10.1.2 平均自由程和平均碰撞频率322

10.1.3 有效碰撞截面的概率解释326

10.1.4 气体分子按自由程的分布327

10.2 输运过程的宏观规律329

10.2.1 粘滞(内摩擦)现象331

10.2.2 热传导现象333

10.2.3 扩散现象335

10.2.4 热辐射337

10.3 气体中输运现象的微观解释341

10.3.1 热传导现象342

10.3.2 粘滞现象344

10.3.3 扩散现象346

10.3.4 气相化学反应的分子动理论347

10.4 玻耳兹曼积分微分方程和 H 定理349

10.4.1 玻耳兹曼积分微分方程349

10.4.2 H 定理352

10.4.3 策梅洛(Zermelo)和洛施密特(Loschmidt)的驳难354

10.4.4 厄仑菲斯特(T.Ehrenfest and P.Ehrenfest)对 H 定理的解释356

思考题358

习题358

索引362

参考书目378