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第1部分 准备知识3

第1章 引言3

1.1 什么是摩尔？3

1.2 热力学极限4

1.3 理想气体6

1.4 组合问题8

1.5 本书计划10

本章小结12

练习12

第2章 热量13

2.1 热量的一个定义13

2.2 热容14

本章小结16

练习16

第3章 概率18

3.1 离散概率分布18

3.2 连续概率分布20

3.3 线性变换21

3.4 方差21

3.5 线性变换和方差22

3.6 独立变量23

3.7 二项式分布25

本章小结27

拓展阅读27

练习27

第4章 温度与玻尔兹曼因子32

4.1 热平衡32

4.2 温度计33

4.3 宏观态与微观态34

4.4 温度的一个统计定义36

4.5 系综37

4.6 正则系综38

4.7 玻尔兹曼分布的应用41

本章小结44

拓展阅读45

练习45

第2部分 气体动理学理论49

第5章 麦克斯韦－玻尔兹曼分布49

5.1 速度分布49

5.2 速率分布50

5.2.1 〈v〉和〈v2〉51

5.2.2 一个气体分子的平均动能52

5.2.3 f（v）的极大值52

5.3 实验验证52

本章小结55

练习55

第6章 压强58

6.1 分子的分布59

6.1.1 立体角59

6.1.2 在某一方向上以某一速率运动的分子数59

6.1.3 撞击器壁的分子数60

6.2 理想气体定律61

6.3 道尔顿定律63

本章小结63

练习64

第7章 分子泻流67

7.1 通量67

7.2 泻流68

本章小结72

练习72

第8章 平均自由程和碰撞74

8.1 平均碰撞时间74

8.2 碰撞截面75

8.3 平均自由程77

本章小结78

练习78

第3部分 输运和热扩散81

第9章 气体的输运性质81

9.1 黏性81

9.2 热传导86

9.3 扩散89

9.4 更细致的理论91

本章小结93

拓展阅读93

练习94

第10章 热扩散方程96

10.1 热扩散方程的推导96

10.2 一维热扩散方程97

10.3 稳恒态99

10.4 球的热扩散方程100

10.5 牛顿冷却定律104

10.6 普朗特数105

10.7 热源106

10.8 粒子扩散107

本章小结107

练习108

第4部分 第一定律115

第11章 能量115

11.1 一些定义115

11.1.1 热平衡系统115

11.1.2 态函数115

11.2 热力学第一定律117

11.3 热容118

本章小结121

练习122

第12章 等温和绝热过程125

12.1 可逆性125

12.2 理想气体的等温膨胀126

12.3 理想气体的绝热膨胀127

12.4 绝热大气128

本章小结129

练习129

第5部分 第二定律135

第13章 热机和第二定律135

13.1 热力学第二定律135

13.2 卡诺热机135

13.3 卡诺定理138

13.4 克劳修斯表述和开尔文表述的等价性139

13.5 热机举例140

13.6 逆向运行的热机141

13.7 克劳修斯定理143

本章小结145

拓展阅读146

练习146

第14章 熵149

14.1 熵的定义149

14.2 不可逆变化149

14.3 再论热力学第一定律151

14.4 焦耳膨胀153

14.5 熵的统计基础155

14.6 混合熵156

14.7 麦克斯韦妖158

14.8 熵和概率159

本章小结161

练习161

第15章 信息论166

15.1 信息和香农熵166

15.2 信息和热力学168

15.3 数据压缩169

15.4 量子信息170

15.5 条件概率和联合概率172

15.6 贝叶斯定理173

本章小结175

拓展阅读175

练习176

第6部分 热力学的应用181

第16章 热力学势181

16.1 内能U181

16.2 焓H182

16.3 亥姆霍兹函数F183

16.4 吉布斯函数G183

16.5 约束184

16.6 麦克斯韦关系188

本章小结194

练习195

第17章 细杆，气泡和磁体199

17.1 弹性杆199

17.2 表面张力201

17.3 电偶极矩与磁偶极矩203

17.4 顺磁性204

本章小结208

练习209

第18章 热力学第三定律211

18.1 热力学第三定律的不同表述211

18.2 第三定律的一些推论213

本章小结215

练习216

第7部分 统计力学219

第19章 能量均分219

19.1 能量均分定理219

19.2 应用222

19.2.1 单原子气体中的平动222

19.2.2 双原子气体中的转动222

19.2.3 双原子气体中的振动223

19.2.4 固体热容224

19.3 所作的假设225

19.4 布朗运动226

本章小结226

练习227

第20章 配分函数228

20.1 写出配分函数228

20.2 得到态函数230

20.3 一个重要的思想236

20.4 组合配分函数236

本章小结239

练习239

第21章 理想气体的统计力学241

21.1 态密度241

21.2 量子密度243

21.3 可分辨性244

21.4 理想气体的态函数246

21.5 吉布斯佯谬247

21.6 双原子气体的热容248

本章小结249

练习249

第22章 化学势251

22.1 化学势的定义251

22.2 化学势的内涵252

22.3 巨配分函数254

22.4 巨势255

22.5 作为单粒子吉布斯函数的化学势257

22.6 多种类型的粒子257

22.7 粒子数守恒定律258

22.8 化学势和化学反应259

22.9 渗透263

本章小结267

拓展阅读267

练习268

第23章 光子270

23.1 电磁辐射的经典热力学270

23.2 谱能量密度272

23.3 基尔霍夫定律273

23.4 辐射压强275

23.5 光子气体的统计力学276

23.6 黑体分布277

23.7 宇宙微波背景辐射280

23.8 爱因斯坦系数A和B281

本章小结283

拓展阅读284

练习284

第24章 声子286

24.1 爱因斯坦模型286

24.2 德拜模型287

24.3 声子色散关系291

本章小结294

拓展阅读295

练习295

第8部分 超越理想气体299

第25章 相对论性气体299

25.1 有质量粒子的相对论性色散关系299

25.2 极端相对论性气体300

25.3 极端相对论性气体的绝热膨胀302

本章小结303

练习304

第26章 实际气体305

26.1 范德瓦尔斯气体305

26.2 狄特里奇方程312

26.3 位力展开313

26.4 对应态定律317

本章小结318

练习318

第27章 冷却真实气体320

27.1 焦耳膨胀320

27.2 等温膨胀321

27.3 焦耳-开尔文膨胀322

27.4 气体的液化325

本章小结326

练习326

第28章 相变328

28.1 潜热328

28.2 化学势和相变330

28.3 克劳修斯－克拉珀龙方程331

28.4 稳定性和亚稳定性335

28.5 吉布斯相律339

28.6 依数性340

28.7 相变的分类341

28.8 伊辛模型344

本章小结350

拓展阅读350

练习350

第29章 玻色－爱因斯坦统计和费米－狄拉克统计352

29.1 交换和对称性352

29.2 全同粒子的波函数354

29.3 全同粒子的统计356

本章小结359

拓展阅读360

练习360

第30章 量子气体和凝聚365

30.1 无相互作用的量子流体365

30.2 费米气体367

30.3 玻色气体372

30.4 玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）374

本章小结378

拓展阅读379

练习379

第9部分 特殊专题383

第31章 声波383

31.1 等温条件下的声波384

31.2 绝热条件下的声波384

31.3 声波通常是绝热的还是等温的？385

31.4 流体中声速的推导386

本章小结388

拓展阅读388

练习388

第32章 激波390

32.1 马赫数390

32.2 激波的结构390

32.3 激波守恒定律391

32.4 兰金－于戈尼奥条件392

本章小结395

拓展阅读395

练习395

第33章 布朗运动与涨落397

33.1 布朗运动397

33.2 约翰孙噪声399

33.3 涨落400

33.4 涨落与资用能402

33.5 线性响应404

33.6 关联函数406

本章小结411

拓展阅读412

练习412

第34章 非平衡热力学413

34.1 熵产生413

34.2 动理学系数414

34.3 昂萨格倒易关系的证明415

34.4 温差电417

34.5 时间反演与时间之箭422

本章小结423

拓展阅读423

练习423

第35章 恒星425

35.1 引力相互作用426

35.1.1 引力坍缩和金斯判据426

35.1.2 流体静平衡427

35.1.3 位力定理428

35.2 核反应430

35.3 传热431

35.3.1 光子扩散传热431

35.3.2 对流传热433

35.3.3 标度关系434

本章小结436

拓展阅读437

练习437

第36章 致密物体438

36.1 电子简并压438

36.2 白矮星439

36.3 中子星440

36.4 黑洞443

36.5 吸积444

36.6 黑洞和熵444

36.7 生命、宇宙和熵446

本章小结446

拓展阅读447

练习447

第37章 地球大气448

37.1 太阳能448

37.2 大气的温度分布449

37.3 辐射传输451

37.4 温室效应454

37.5 全球变暖458

本章小结460

拓展阅读461

练习461

附录465

附录A 基本常数465

附录B 有用的公式466

附录C 有用的数学470

C.1 阶乘积分470

C.2 高斯积分470

C.3 斯特林公式472

C.4 黎曼ξ函数474

C.5 多对数函数476

C.6 偏导数477

C.7 恰当微分478

C.8 超球的体积479

C.9 雅可比行列式479

C.10 狄拉克δ函数480

C.11 傅里叶变换481

C.12 扩散方程的解482

C.13 拉格朗日乘子483

附录D 电磁波谱485

附录E 一些热力学定义486

附录F 热力学展开公式487

附录G 约化质量488

附录H 主要符号总表489

参考文献492

索引496

英汉人名译名对照表506

译后记509