应用热工基础习题解答

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出版者:中国电力出版社
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isbn号码:9787801250988
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  • 应用热工
  • 热工基础
  • 习题解答
  • 工程热力学
  • 传热学
  • 流体力学
  • 热交换器
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  • 能源工程
  • 机械工程
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具体描述

《热力学与统计物理学:概念、方法与应用》 本书旨在为学习热力学和统计物理学的学生提供一个全面而深入的理解框架。它不仅涵盖了这两个学科的核心概念、基本定律和分析方法,还着重于展示它们在广泛的科学和工程领域中的实际应用。 第一部分:热力学的基石 本部分将从最基本的概念入手,逐步构建起热力学理论的完整体系。 绪论: 介绍热力学的研究对象、基本概念(如系统、状态、过程、平衡),以及热力学研究的意义和在自然科学中的地位。我们将探讨宏观描述与微观构成之间的联系,为后续深入学习打下基础。 第一定律:能量守恒: 详细阐述热力学第一定律,包括内能、热量和功的概念。我们将通过多种例证,解释绝热过程、等温过程、等容过程、等压过程等,并重点讲解热容及其计算方法。功的计算在不同过程中的形式差异也将被深入剖析,并会涉及一些简单的循环过程分析。 第二定律:熵与过程的方向性: 引入熵的概念,阐释其在描述系统混乱度方面的作用。我们将深入研究卡诺循环、卡诺定理,以及克劳修斯和开尔文表述的第二定律。熵增原理将是本章的核心,我们会探讨其在自然界中的普遍性,以及熵增与信息、功之间的关系。 第三定律:绝对零度的奥秘: 介绍第三定律,即绝对零度的不可及性。我们将探讨第三定律对计算绝对熵值的影响,以及在极低温下物质的特殊性质。 热力学函数及其应用: 详细介绍亥姆霍兹自由能、吉布斯自由能等关键热力学函数,并阐释它们在判断过程自发性、化学反应方向性以及相变等方面的应用。我们将通过具体的计算例子,展示如何利用这些函数解决实际问题。 热力学关系式: 导出和应用各种热力学关系式,如麦克斯韦关系式、杨-拉普兰关系式等,展示它们在分析热力学过程中的强大功能,尤其是在处理非理想气体和混合物时。 相变与相图: 深入探讨相变现象,包括固-液、液-气、固-气等多相变。我们将详细解读相图,理解相图的构成要素、相边界、三相点、临界点等,并应用克劳修斯-克拉佩龙方程描述相变过程。 化学热力学: 将热力学原理应用于化学反应,介绍化学势、吉布斯自由能变与化学反应方向性的关系,并探讨标准生成自由能、平衡常数与吉布斯自由能之间的联系。 第二部分:统计物理学的视角 本部分将从微观粒子的角度,用统计学的工具来解释宏观的热力学现象,从而提供一个更深层次的理解。 统计物理学入门: 介绍统计物理学的基本思想,区分微观状态和宏观状态,以及系综(微正则系综、正则系综、巨正则系综)的概念。我们将强调概率在描述大量粒子行为中的重要性。 玻尔兹曼统计: 详细讲解玻尔兹曼统计分布,包括其适用条件和推导过程。我们将重点分析麦克斯韦-玻尔兹曼速度分布律,并展示其在计算气体动理论参数中的应用。 量子统计: 引入费米-狄拉克统计和玻色-爱因斯坦统计,阐释它们与经典统计的区别,以及各自的适用范围(如电子、光子、玻色子等)。我们将探讨它们在固体物理、黑体辐射等领域的应用。 统计物理学与热力学的联系: 建立统计物理学与宏观热力学之间的桥梁。我们将证明,通过统计方法可以推导出热力学基本定律,例如通过熵的统计定义来理解第二定律。 统计物理学的应用: 探讨统计物理学在解释凝聚态物质的性质(如比热、导电性)方面的作用。此外,还将涉及在非平衡态统计物理、布朗运动等前沿领域的简介。 第三部分:热力学与统计物理学的应用范例 为了加深对所学理论的理解,本部分将提供一系列具体的应用案例。 气体动理论: 结合第一、第二定律和统计物理学,深入分析理想气体的性质,计算气体分子的平均动能、压强等。 热机与制冷机: 详细分析各种热机(如蒸汽机、内燃机)和制冷机的循环过程,计算其效率和制冷系数,并探讨实际效率与理论效率的差距。 材料科学中的应用: 探讨热力学和统计物理学在理解材料的相变、固溶体形成、扩散过程、以及材料在高温下的稳定性等方面的应用。 生物学和化学过程: 介绍热力学在分析生物体内的能量转化、蛋白质折叠、以及化学反应速率等方面的应用。 本书特色: 概念清晰: 强调基本概念的准确理解,避免机械记忆。 逻辑严谨: 理论推导过程清晰、完整,层层递进。 案例丰富: 结合大量实际例子,说明理论的实际意义。 注重联系: 强调热力学与统计物理学之间的内在联系,构建完整的知识体系。 数学工具: 适时引入和解释必要的数学工具,帮助读者掌握计算方法。 通过对本书的学习,读者将能够深刻理解热力学和统计物理学的基本原理,并掌握运用这些原理分析和解决科学工程问题的能力。

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读后感

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最让我印象深刻的是这本书在处理“错题分析”方面的细致入微。很多时候,我们做错题不是因为不懂原理,而是因为在计算过程中犯了低级错误,比如单位换算错误、符号正负号判断失误或者边界条件遗漏。这本书专门设立了一块区域,系统性地归纳了这些常见的“陷阱点”,并针对性地给出了识别和避免的方法。例如,在处理包含相变的热力学过程时,它反复强调了“焓变”的正确取值范围。这种对细节的极致关注,体现了作者对教学的深刻理解——学习的效率往往取决于能否及时纠正那些最细微的偏差。通过这本书的引导,我的解题准确率有了显著提升,这给我带来了巨大的信心,也让我对复杂的热工问题不再感到畏惧,而是充满了探索的兴趣。

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作为一名已经工作了一段时间的工程师,我重新翻阅这本书时,发现它在“工程应用性”方面的深度也十分可观。很多教科书上的理想化模型,在实际工程现场往往会遭遇各种限制和干扰。这本书在解答中,偶尔会穿插一些“实际考量”的注解,比如在计算管道内壁温降时,会提醒读者考虑流体物性参数随温度的变化对计算精度的影响。这种从理论走向实际的过渡,让原本抽象的计算变得更加具象化和实用化。它不仅能帮我解决考试问题,更重要的是,它能帮助我更好地理解和优化我日常工作中的热处理流程。这本书的价值,超越了单纯的应试工具,它更像是一本经过精心提炼的工程实践手册的“理论基石”。

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这本书的排版真是让人眼前一亮,从封面到内页的设计都透露出一种严谨而又清新的气质。纸张的质感也相当不错,拿在手里沉甸甸的,翻页时的触感让人心情愉悦。尤其值得称赞的是,每一个例题的步骤都清晰可见,逻辑链条构建得非常扎实,即便是初次接触这类复杂概念的读者,也能顺着作者的思路一步步深入理解。那些复杂的公式推导部分,作者并没有采取“一笔带过”的敷衍做法,而是非常耐心地将每一步的物理意义和数学基础都阐述得明明白白,这对于我们这些需要打下坚实理论基础的学生来说,简直是福音。我个人尤其喜欢它在关键概念旁设置的“小贴士”栏目,这些地方往往是用最简洁的语言点拨了最容易出错的地方,极大地提高了学习效率,避免了我在反复琢磨某个细节上浪费过多时间。总的来说,这本书在视觉呈现和内容组织上的用心,让枯燥的习题解答过程变成了一种享受,而不是负担。

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这本书的编排结构非常贴合实际的学习进度和认知规律。它不是简单地按照教材的章节顺序罗列题目,而是根据知识点的难度梯度进行了微调,确保读者在学习完某个基本原理后,马上就能通过相应的习题来巩固,形成一个良性的学习闭环。我留意到,对于一些在实际工程中容易被混淆的概念,比如“对流换热系数”与“整体传热系数”的适用场景差异,作者特地设计了一组对比鲜明的习题来加以区分和辨析。这种循序渐进、对比强化的教学手法,极大地降低了知识的遗忘率。我感觉自己不再是零散地记忆知识点,而是开始建立起一个完整、有机的知识网络,这对于未来从事任何与热工相关的研究或设计工作都是至关重要的基础。

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我是在备考专业核心课程期末考试的压力下接触到这本解答的,坦白说,一开始我只是抱着“对答案”的心态来翻阅的。但很快我就发现自己错了,它远不止是一本答案集。它的精妙之处在于,它不仅仅告诉你“怎么算对”,更深入地剖析了“为什么是这样算”。对于那些变化多端的应用题,作者提供的解题框架极具普适性,我发现掌握了其中几个核心的解题模型后,即便是面对从未见过的题目,我也有了可以遵循的分析路径。例如,在处理涉及传热和流体阻力的综合题时,它巧妙地将热力学第一定律与边界层理论结合起来,展示了跨章节知识点的融会贯通。这种高阶的思维引导,是很多市面上其他辅导资料所欠缺的,那些资料往往停留在机械地套用公式,而这本书的作者明显是一位深谙教学之道的行家,他注重培养读者的物理直觉和工程思维。

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