Physicochemical Hydrodynamics

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出版者:Wiley-Interscience
作者:Ronald F. Probstein
出品人:
页数:416
译者:
出版时间:2003-5-21
价格:USD 103.95
装帧:Paperback
isbn号码:9780471458302
丛书系列:
图书标签:
  • 流体力学
  • 物理化学
  • 界面科学
  • 输运现象
  • 热力学
  • 统计物理
  • 软物质物理
  • 非平衡态热力学
  • 分子动力学
  • 计算物理
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具体描述

Since the first publication of the book, a surge of interest in physicochemical hydrodynamics (PCH) has produced a flurry of advances in the field, as researchers became aware of the subject's practical applications across numerous disciplines. The Second Edition of Ronald F. Probstein's Physicochemical Hydrodynamics is significantly expanded and revised to provide increased coverage of the field. All of the material was supplemented with problems for students, and a solutions manual is available for instructors. The continued demand for the book necessitates that the Second Edition be reprinted in paperback so that it may be more widely available to students and practitioners. This highly respected book emphasizes rational theory and its consequences to demonstrate the underlying unity of PCH, which allows diverse phenomena to be described in physically and mathematically similar ways. Physicochemical Hydrodynamics communicates the fundamentals while, at the same time, conveying the importance of applications of PCH to a variety of fields, including: mechanical, chemical, and environmental engineering; materials science, biotechnology, microfluidics, and fluid aspects of nanotechnology. Numerous illustrations, analogies, and examples highlight the text and help to clarify and solidify students' and professionals' understanding of the material.

凝聚态物质的界面现象与动力学:流体力学与物质输运的深度交融 本书深入探讨了复杂流体系统中的界面现象、物质输运机制及其动力学行为,聚焦于那些由多相共存、化学势梯度驱动的微观与宏观过程。它为研究人员和高阶学生提供了一个整合性的视角,将经典流体力学、统计物理学以及界面化学的基本原理融会贯通,以理解从纳米尺度到工程尺度的各种物理化学过程。 第一部分:基础理论与界面张力 本书的开篇聚焦于热力学基础,特别是适用于非均匀系统的吉布斯(Gibbs)理论。详细阐述了曲面张力(Surface Tension)的精确定义及其在不同体系(如液体-蒸汽、液体-液体、固体-液体)中的微观起源。我们引入了局部热力学平衡的概念,并探讨了当系统处于非平衡状态时,如何修正标准的拉普拉斯(Laplace)压力方程,以准确描述弯曲界面上的化学势梯度。 随后,章节深入分析了毛细现象(Capillarity)的定量描述。这不仅仅是对杨-拉普拉斯方程的复述,更是侧重于界面接触角(Contact Angle)的测量方法、动态接触角滞后现象(Contact Angle Hysteresis)及其在润湿动力学中的作用。通过引入Young-Dupré方程的修正形式,我们探讨了界面能量与固体表面粗糙度及化学异质性之间的复杂关系。 第二部分:扩散、迁移与界面反应动力学 本部分是全书的理论核心,重点在于理解物质如何在界面处交换并输运。 扩散理论的拓展: 经典的Fick定律被扩展到包含非均匀介质中的梯度驱动扩散。详细讨论了电场、压力梯度驱动下的电渗流(Electroosmosis)和热泳(Thermodiffusion/Soret Effect)。通过推导Nernst-Planck方程,我们量化了离子在电解质溶液和多孔介质中迁移的速率,并区分了扩散控制与迁移控制的输运机制。 界面反应动力学: 界面不仅是物质聚集的地方,更是化学反应和相变发生的场所。我们考察了界面处的活化能垒,讨论了表面活性剂(Surfactants)对界面张力降低的动力学过程——吸附速率与脱附速率的平衡。特别关注了液滴的Ostwald熟化(Ostwald Ripening)机制,通过分析界面曲率对溶解度的影响,解释了纳米颗粒体系中尺寸分布的变化规律。 第三部分:复杂流体与非牛顿行为 现代工程和生物系统中,流体往往表现出复杂的非牛顿性质。本部分将流体力学与分子尺度输运相结合。 粘弹性流体: 引入了本构方程来描述聚合物溶液和胶体体系的粘弹性行为,如Oldroyd-B模型和Maxwell模型。着重分析了拉伸流(Extensional Flow)中流体的链缠结和断裂现象,这对于理解喷射成型和生物流体的输运至关重要。 悬浮液与浓缩胶体: 针对高浓度粒子分散体系,我们分析了颗粒间相互作用力的尺度依赖性,包括长程的静电力(DLVO理论的界面修正)和短程的范德华力。重点讨论了剪切稀化(Shear Thinning)现象的微观机理,即将粒子在剪切力作用下形成的链状或层状结构进行量化描述。 第四部分:界面形变与稳定性 流体界面(如气液界面、油水乳液界面)在外部驱动力下会发生形变、破碎或稳定。 Marangoni效应: 这是一个由界面张力梯度驱动的流动现象。我们详细推导了Marangoni对流的驱动力项,并将其应用于薄膜涂布、液滴蒸发和焊接过程中的流动控制。重点分析了化学反应或温差在界面上引起张力梯度的具体案例。 乳液与泡沫的稳定性: 探讨了乳液(Emulsions)和泡沫(Foams)的动力学稳定性。这涉及对油滴/气泡周围的界面膜(Interfacial Film)的流变学性质的分析,包括膜的厚度和其对聚结(Coalescence)的阻碍作用。引入了Bagnold和Reynolds数在描述界面变形下的流体惯性与粘性平衡中的作用。 第五部分:多孔介质与渗流 本部分将上述界面与输运原理应用于受限空间——多孔介质。 渗流动力学: 介绍了多孔介质的宏观描述(孔隙度、渗透率),并深入到达西定律(Darcy's Law)的微观验证。重点研究了毛细管力在多孔介质中的主导作用,特别是在非润湿性流体驱替(如油藏开采或微流控芯片中)中的滞后和残留现象。 界面对污染物迁移的影响: 讨论了离子交换、吸附/脱附过程如何与孔隙尺度内的对流和扩散耦合,从而影响污染物在土壤和岩石中的长期迁移速率和分布。 全书结构严谨,从基础热力学出发,逐步引入复杂的动力学模型,旨在为理解和精确控制涉及界面和输运的工程和自然过程提供坚实的理论框架。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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从整体设计理念来看,这本书似乎是在努力弥合经典物理学与现代交叉学科之间的鸿沟。它没有简单地将流体力学和物理化学视为两个独立的学科进行介绍,而是深入探讨了它们在微观尺度上相互耦合的复杂机制。例如,在处理相变和界面动力学时,作者巧妙地引入了热力学第二定律的视角来解释驱动力,这比纯粹基于牛顿运动定律的分析要深刻得多。这种跨学科的视野,使得这本书不仅仅是一本工具书,更像是一部思想史的缩影,展示了科学家们是如何一步步理解物质运动的复杂规律的。我个人特别喜欢书中对“尺度效应”的强调,它反复提醒读者,在不同的尺度下,支配系统的物理定律和适用的模型是截然不同的,这对于避免在复杂系统中套用简化模型至关重要。这本书需要时间来沉淀和消化,它更适合作为研究生或资深研究人员的案头常备,时不时地翻阅,总能从中汲取到新的、更深层次的理解,而不是被一次性读完就束之高阁的命运所终结。

评分☆☆☆☆☆

这本书的索引和参考文献部分,是我个人认为的又一个亮点。一个好的学术著作,其“身后事”——即对先前研究的引用和致敬——同样重要。我注意到,作者的引用覆盖面极广,不仅包括了经典的流体力学奠基人之作,还巧妙地引入了近期在统计物理和软物质领域的一些突破性成果。这表明作者的知识结构是开放且与时俱进的。我曾利用它的参考文献列表,成功地追溯到了几个我原本不了解但与我的研究方向高度相关的早期实验工作,极大地拓宽了我的研究视野。此外,书后的名词索引做得极其细致,很多专业术语即使是首次出现时也有清晰的定义标记,这在查找特定概念时节省了大量时间。相比于一些只列出章节页码的索引,这里的索引更像是提供了一个概念地图。我强烈建议使用者将这本书作为核心参考书,配合其他更偏向实验操作或数值模拟的教材一起使用,这样才能最大化地发挥其理论指导的效力。

评分☆☆☆☆☆

阅读体验上,这本书更像是一场智力上的马拉松,需要极大的专注力和持续的毅力。我通常不会一口气读完一个章节,而是会选择一个相对独立的模块,比如专门研究范德华力的章节,然后花一整个下午的时间去消化它。这本书的术语密度非常高,许多专业名词是反复出现的,但作者每次使用时,都会在上下文语境中进行微妙的补充或强调,这对于巩固记忆非常有帮助。我发现,这本书的价值并不在于快速提供答案,而在于它教会你如何提出正确的问题。例如,在讨论非牛顿流体的粘弹性模型时,它花费了大量篇幅来辩论不同本构方程的适用范围和物理意义,而不是简单地罗列它们。这迫使我不断地去审视自己对“粘度”这个概念的理解深度。对于那些希望跳过基础知识、直奔前沿研究的读者来说,这本书可能会显得稍微有些冗长,因为它对“基础”的定义非常扎实,不放过任何一个看似微小的细节。但正因如此,当最终接触到前沿文献时,会发现自己已经拥有了一个坚不可摧的理论地基。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事风格,坦白说,非常“学术”,但又带着一种近乎诗意的精确性。它不是那种试图用通俗易懂的语言来“讨好”读者的科普读物,而是直接面向需要掌握深层理论的专业人士。作者在推导复杂公式时,展现出的数学功底令人叹服,每一步的过渡都清晰可循,虽然计算量巨大,但思路却从未模糊。我记得有一次,我被一个特定的对流项卡住了好几天,翻遍了手头的其他参考书都觉得解释得不够透彻,最后还是在这本书里找到了那个关键的假设前提和坐标变换的解释,简直是茅塞顿开。更难得的是,它不仅仅停留在理论的层面,还穿插了大量的实际应用案例,尤其是在描述界面张力和扩散过程时,引用了诸如油水乳化、生物膜形成等具体的工程问题。这种理论与实践的紧密结合,使得书中的每一个公式似乎都获得了鲜活的生命力。我常常发现自己不再是机械地抄写公式,而是开始思考:如果我改变其中一个参数,比如温度或者浓度梯度,那么系统会如何演化?这种引导性的思维训练,才是真正有价值的教学方法。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计和装帧质量简直是教科书级别的典范,那种沉稳的深蓝色调,配上烫金的书名和作者信息,立刻给人一种“这是本正经学术著作”的庄严感。我是在一个旧书市场上偶然发现它的,当时被它厚实的纸张质感和清晰的印刷字体所吸引。拿在手里掂量,能感受到沉甸甸的分量,这通常意味着内容是经过精心打磨和详尽论述的。虽然我对这个领域的研究还处于初级阶段,但光是翻阅目录和前言,我就能体会到作者在结构组织上的匠心。他们似乎没有采用那种传统的、过于碎片化的章节安排,而是构建了一个逻辑严密、层层递进的知识体系。比如,开篇对基本概念的界定时,就采用了非常宏观的视角,先建立起一个流体力学和物理化学相互作用的框架,而不是一上来就扎入复杂的方程求解。这种处理方式,极大地降低了初学者的学习门槛,使得后续那些看似高深莫测的微分方程和边界条件不再显得那么令人望而生畏。我特别欣赏作者在图表使用上的克制与精准,每一张插图都恰到好处地服务于文字论证,绝无冗余的装饰性图形。这种对细节的执着,让阅读过程变成了一种享受,仿佛每一页都在邀请你深入探索背后的物理本质。

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