具體描述
經典熱力學與統計物理：從宏觀現象到微觀圖景 著者： [此處可填寫虛構的作者姓名，例如：阿德裏安·福爾曼] 譯者： [此處可填寫虛構的譯者姓名，例如：李文濤] ISBN： [此處可填寫虛構的ISBN號碼，例如：978-7-5350-1234-5] 齣版社： [此處可填寫虛構的齣版社名稱，例如：科學前沿齣版社] 字數： 約 50 萬字 開本與裝幀： 16 開，精裝 --- 內容簡介 《經典熱力學與統計物理：從宏觀現象到微觀圖景》是一部係統而深入的教材，旨在為物理學、化學、材料科學及工程學領域的學生和研究人員，構建一座連接宏觀熱力學定律與微觀粒子行為的堅實橋梁。本書的核心目標是清晰闡述熱力學四大基本定律的物理意義及其數學形式，並在此基礎上，引入統計物理學的基本概念，探究如何利用概率和統計方法解釋宏觀係統的所有熱力學性質。 本書的敘事結構經過精心設計，力求邏輯嚴密，層層遞進。我們首先從經驗觀察齣發，詳細剖析經典熱力學的基石——溫度、熱量、功以及熵的概念。 第一部分：經典熱力學的基礎（宏觀描述） 在這一部分，我們嚴格遵循曆史發展的脈絡和邏輯推導的需要，深入講解瞭熱力學的第一定律（能量守恒）和第二定律（熵增原理）。 第一章：熱力學係統與基本概念。 詳細界定瞭熱力學係統、環境、平衡態、過程（可逆與不可逆）等核心術語。我們著重討論瞭狀態函數與過程函數的區彆，並引入瞭大量實際工程和實驗中的實例，如等溫、等壓、絕熱過程的分析。 第二章：熱力學第一定律。 能量是係統的基本屬性。本章深入探討瞭內能的概念，並詳盡分析瞭功的各種形式——壓力-體積功、錶麵功、電功等。通過對理想氣體、真實氣體的演化過程進行詳細的能量平衡分析，為後續的熵引入做好鋪墊。 第三章：熱力學第二定律的錶述與熵。 這是全書的理論核心之一。我們從卡諾循環的理想化分析齣發，係統闡述瞭剋勞修斯不等式和開爾文-普朗剋錶述的等價性。熵的引入並非空泛的數學操作，而是被賦予瞭深刻的物理意義——衡量係統微觀無序性的指標。我們通過對不可逆過程的分析，確立瞭熵增原理在自然界中的普適性。 第四章：熱力學第三定律與熱力學勢。 第三定律，即絕對零度不可達到性，為量化熵提供瞭基準。在此基礎上，我們發展瞭赫姆霍茲自由能（$F$）、吉布斯自由能（$G$）以及焓（$H$）等一係列熱力學勢。這些勢函數極大地簡化瞭化學平衡、相變和過程自發性的判斷。本章包含瞭大量利用偏微分關係和麥剋斯韋關係式解決復雜熱力學問題的實例。 第五章：相平衡與化學熱力學。 我們利用吉布斯自由能的極小原理，導齣瞭相律，並詳細分析瞭單組分（如水的三相點）和多組分係統的相圖。隨後，我們將焦點轉嚮化學反應：平衡常數、反應的吉布斯能變（$Delta G$），以及勒夏特列原理的統計學解釋。 第二部分：統計物理學的建立（微觀基礎） 在對宏觀現象進行瞭徹底的經典描述後，本書的第二部分轉嚮微觀世界，探討原子和分子層麵的運動如何湧現齣這些宏觀的熱力學規律。 第六章：概率論基礎與係綜理論。 統計物理學的語言是概率。本章復習瞭必要的高級概率論知識，如大數定律和中心極限定理，並引入瞭統計物理學的核心工具——係綜概念。我們詳細區分瞭微正則係綜、正則係綜和宏正則係綜，並明確瞭連接微觀狀態數（$Omega$）與宏觀熵（$S=k_B ln Omega$）的玻爾茲曼公式。 第七章：經典統計力學：麥剋斯韋-玻爾茲曼分布。 針對宏觀係統中粒子數量極多的情況，我們利用正則係綜，推導瞭粒子速度的麥剋斯韋分布，並計算瞭平均速度、均方根速度等關鍵參數。隨後，我們應用此分布來重新計算理想氣體的內能、比熱容以及壓力，首次在微觀層麵驗證瞭經典熱力學的結論。 第八章：量子統計力學導論：費米子與玻色子。 隨著量子力學的發展，經典統計的局限性暴露無遺（如黑體輻射和固體比熱問題）。本章係統地引入瞭量子統計的概念，特彆是費米-狄拉剋（FD）分布和玻色-愛因斯坦（BE）分布。 第九章：量子統計的應用：理想氣體與簡並態。 費米氣體： 詳細分析瞭零溫下的費米簡並現象，計算瞭費米能和費米動量，並將此應用於金屬的電子比熱計算，成功解決瞭經典理論的“電子熱容之謎”。 玻色氣體： 深入探討瞭玻色-愛因斯坦凝聚（BEC）現象的理論基礎。我們詳細推導瞭臨界溫度的條件，並討論瞭液氦-4的超流性與BEC的深刻聯係。 第十章：振子、輻射場與漲落現象。 我們轉嚮處理輻射場。普朗剋對黑體輻射的革命性假設被完整闡述，並推導齣瑞利-金斯斯定律和維恩位移定律的局限性，最終確立瞭普朗剋黑體輻射定律。此外，本章還探討瞭量子諧振子模型在固體比熱（德拜模型）中的應用，並引入瞭漲落-耗散定理的初步概念，展示瞭統計平均量之外的微觀隨機性對宏觀係統的影響。 --- 本書特色與讀者對象 創新之處： 1. 嚴謹的數學推導與直觀的物理圖像相結閤： 本書避免瞭純粹的形式主義，每一個數學工具（如配分函數）的引入都伴隨著對其實際物理意義的深入闡釋。 2. 強調熱力學與統計物理的互逆聯係： 我們不隻是簡單地將兩部分內容堆砌，而是通過大量的“再現式”練習，讓讀者在第二部分中親手“推導齣”第一部分中的經典結論。 3. 豐富的現代案例： 除瞭經典的理想氣體和範德華氣體，本書還包含瞭對半導體中的載流子統計、激光原理中的粒子分布、以及低溫物理中超導和超流現象的初步理論探討，增強瞭教材的前沿性。 目標讀者： 本書適閤物理學、應用物理學、化學物理學專業本科高年級學生，以及研究生入門課程。對於需要利用熱力學和統計物理學原理解決工程或材料問題的研究人員，本書亦是極佳的參考資料。本書假定讀者已掌握普通物理學和微積分、綫性代數的基礎知識。 --- > “熱力學是關於‘我們知道什麼’的科學，而統計物理是關於‘我們如何知道’的科學。唯有理解瞭後者，我們纔能真正掌握前者。” —— 作者序言摘錄。
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