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| 編輯推薦： |
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本书适用于大二至大三的热力学和统计力学课程，特点鲜明：1. 经典热力学和统计力学的篇幅平衡。宏观和微观的观点都有其优势，本书同时介绍和使用二者，而不过度强调其中一点。2. 内容循序渐进。首先是基础知识，然后是热力学应用，*后是统计力学应用。每章都介绍一两个强有力的工具，然后将其应用于各种现象，以突出*重要的物理原理。3. 风格较为轻松。本书写作风格类似于与学生交谈，很少使用被动句作严肃论证。4. 先修要求很少。在阅读本书之前，读者只需要学习一门使用了基础微积分的物理学入门课程即可，其他高等数学课程内容并非必要。5. 强调应用。本书强调了那些与现实世界相关的领域，包括凝聚态物理学、天体物理学、化学、地球科学、工程和日常生活。6. 适用性强。本书不仅适用于物理学专业学生，也适用于需要热物理学分析能力的相关专业学生。7. 适合单个学期的课程。尽管本书包含了大量的高阶内容（特别是在习题中），但教师仍可在每周3小时的单学期课程中涵盖所有基础知识和大部分应用。
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| 內容簡介： |
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本书讲述了热本热力学和统计力学，在写作时把可读性放在首位，并讨论了绝大部分重要的应用：气体、液体、固体、磁体、热机、化学反应、玻色子和费米子，等等。阅读此书，读者能够理解熵、温度这种基本概念的定义和运算，并掌握如何解决概念上相对复杂的热力学问题；同时，读者也可以了解统计力学的基本概念，尤其是学会使用量子统计中*重要的计算和近似方法。本书可以帮助学生建立物理直觉，为更高级的教科书做好准备。
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| 關於作者： |
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丹尼尔·施罗德（Daniel V. Schroeder），韦伯州立大学物理学教授。他在斯坦福大学获得物理学博士学位，然后在波莫纳学院和格林内尔学院短暂任教，之后于 1993 年来到韦伯州立大学。他与迈克尔·E·佩斯金（Michael E. Peskin）合著了《量子场论导论》。从 2012 年到 2016 年，他担任美国物理学杂志的副主编。
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| 目錄：
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目录译序前言部分基础知识III V1第 1 章 热物理学中的能量21.1 热平衡 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21.2 理想气体 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61.2.1气体的微观模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81.3 能量均分定理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121.4 功和热 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131.5 压缩做功 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .151.5.1理想气体的压缩 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .181.6 热容 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .211.6.1潜热 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .241.6.2焓 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .251.7 过程的速率 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .281.7.1热传导 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .281.7.2理想气体的热导率 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .301.7.3黏度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .331.7.4扩散 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34第 2 章 热力学第二定律372.1 双状态系统 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .372.1.1双状态顺磁体 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .392.2 固体的爱因斯坦模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .402.3 有相互作用的系统 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .422.4 具有大量粒子的系统 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .452.4.1非常大的数字 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .452.4.2斯特林近似 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .462.4.3大 型 爱 因 斯 坦 固 体 的 重 数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .472.4.4重数函数的锐度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .482.5理想气体512.5.1单原子分子理想气体的重数512.5.2相互作用的理想气体542.6 熵562.6.1理想气体的熵582.6.2混合熵602.6.3可逆和不可逆过程61第 3 章 相互作用及其结果643.1 温度643.1.1一个不实际的类比673.1.2现实世界的例子683.2熵和热693.2.1预测热容693.2.2测量熵703.2.3熵的宏观解释713.3 顺磁733.3.1记号与微观物理733.3.2数值解743.3.3解析解773.4机械平衡与压强803.4.1热力学恒等式823.4.2再谈熵和热833.5扩散平衡和化学势853.6总结与展望89第二部分热力学91第 4 章 热机与制冷机924.1 热机924.1.1卡诺循环944.2制冷机964.3真实的热机984.3.1内燃机984.3.2蒸汽机1014.4真实的制冷机1034.4.1节流过程1034.4.2气体的液化1064.4.3迈向零度108第 5 章 自由能与化学中的热力学1125.1自由能与可用功1125.1.1电解、燃料电池和电池1145.1.2热力学恒等式1185.2自由能与到达平衡的驱动力1215.2.1广延量与强度量1225.2.2吉布斯自由能与化学势1235.3纯净物的相变1255.3.1钻石与石墨1275.3.2克劳修斯-克拉珀龙关系1295.3.3范德瓦耳斯模型1345.4混合物的相变1395.4.1混合物的吉布斯自由能1395.4.2互溶混合物的相变1435.4.3共晶系统的相变1465.5 稀 溶液1495.5.1溶剂与溶质的化学势1495.5.2渗透压1515.5.3熔点与沸点1535.6 化学平衡1555.6.1固氮1575.6.2水的解离1595.6.3氧气在水中的溶解1615.6.4氢的电离162第三部分统计力学164第 6 章 玻尔兹曼统计1656.1玻尔兹曼因子1656.1.1配分函数1686.1.2原子的热激发1696.2 平 均值1716.2.1顺磁1736.2.2双原子分子的转动1756.3能量均分定理1786.4麦克斯韦速率分布1806.5配分函数与自由能1846.6组合系统的配分函数1866.7再看理想气体1886.7.1配分函数1886.7.2预测190第 7 章 量子统计1937.1吉布斯因子1937.1.1例子：一氧化碳中毒1947.2玻色子和费米子1967.2.1分布函数1997.3简并费米气体2037.3.1温度为零2047.3.2较小的非零温度2087.3.3态密度2107.3.4索末菲展开2127.4黑体辐射2167.4.1紫外灾难2167.4.2普朗克分布2167.4.3光子2177.4.4对所有模式求和2187.4.5普朗克谱2197.4.6总能量2217.4.7光子气体的熵2217.4.8宇宙背景辐射2227.4.9从洞中逃
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| 內容試閱：
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热物理学（thermal physics）用来处理大量的粒子，通常为 1023 数量级，例如气球中的空气、湖中的水、金属块中的电子、太阳发射的光子（电磁波包）等。任何大到肉眼可见的物质（甚至一般显微镜可见的物质）都拥有足够数目的粒子，可以纳入热物理学的范畴。 让我们考虑一块金属，假设其包含 1023 个离子和 1023 个传导电子。我们无法详细跟踪每一个粒子的运动，即便真的可以，我们也不想这样做。相反，在热力学中，我们假设粒子只是随机运动，进而使用概率学定律来预测这块金属应该表现出的行为。或者，我们可以测量金属的整体性质（如刚度、电导率、热容、磁化强度等），并推断出它由什么粒子构成。 一些宏观物质的性质并不真正取决于原子物理学尺度的微观细节。比如热量总是自发地从一个热的物体流向另一个冷的物体，而从不逆向流动；液体总是在较低的压力下容易沸腾；无论发动机是使用蒸气还是空气亦或是其他工作介质，在给定的温度范围内的效率都是相同的。这些结果以及它们所遵循的原理构成了一门学科，叫作热力学（thermodynamics）。 但是，为了更好地理解物质，我们必须考虑到两个方面，即原子的量子行为以及把一个原子同其他 1023 个原子连起来的统计规律。这样我们不仅可以预测金属和其他物质的性质，而且可以理解为什么热力学原理是这样的——例如，为什么热量总是从热的物体流向冷的物体。对热力学的解释以及随之而来的许多应用构成一个学科，叫作统计力学（statistical mechanics）。 物理教师和教科书作者关于热物理学门课程的内容分歧很大。有些人喜欢只讲授热力学，它在数学上要求不高并且很容易在日常生活中应用。还有些人则强调统计力学，因为它具有强大的预测能力和坚实的原子物理学基础。在某种程度上，如何选择取决于人们希望应用的领域：在工程或地球科学中，热力学通常就够了；而统计力学对于固体物理或天体物理则必不可少。 在本书中，我试图平衡地讲解热力学和统计力学，而不过分强调其中某一学科。这本书分为三个部分。部分介绍了热物理学的基本原理（也即热力学、第二定律），我将用一种统一的方式在微观视角（统计力学）和宏观视角（热力学）中切换。为了更好地陈述这部分内容，本书将会把这些原理应用于一些简单的热力学系统。第二部分和第三部分讲述处理热力学和统计学时用到的更高级的方法。我希望本书能够适应大多数同时教授热力学和统计力学的课程，但是只倾向于某一方面的课程应该使用其他的教科书。 学习热物理学的兴奋来源于它能帮助我们理解所生活的世界。事实上，热物理学的应用是如此的广泛，以至于没有一个作者是所有这些问题的专家。在撰写本书时，我试图学习并加入尽可能多的应用，如化学、生物学、地质学、气象学、环境科学、工程学、低温物理学、固体物理学、天体物理学和宇宙学。即便如此，我肯定仍然错过了很多引人入胜的应用。但在我看来，尽管这样一本书不能讲解太多的应用——因为本科物理学生应该专注于刚才提到的某一个科目——但是我认为我有责任让你发现自己真正的兴趣所在。即使你将来从事的职业和科学完全没有关系，但是对于热物理学的理解，将会充实你生命中的每一天。 在撰写本书时，我的目标之一是希望它能足够短，以适用于一个学期的课程，但是我失败了，这本书依然包含了太多的话题，即使对于一个非常快节奏的学期来说，它依然太长了。然而，本书主要还是为一个学期的课程而设计的，只需省略几个没有时间讲述的部分，选择一些有时间来深度讲解的部分即可。在我自己的课程中，我一直省略第 1.7 节、第 4.3 节、第 4.4 节、第 5.4 节到第 5.6 节以及第 8 章的所有内容。取决于你课程的重点，第二部分和第三部分的许多其他内容也可以省略。你如果有一个以上的学期，那么你可以涵盖所有的主要内容或一些额外的内容。 听录音教不会你弹钢琴（虽然它可能会有帮助），阅读教科书也教不会你物理学（虽然它也可能有帮助）。为了鼓励你在使用本书时积极学习，出版商提供了足够的空间让你记录笔记、问题和异议，所以你在阅读的时候一定要带一支铅笔（而不是荧光笔）。更重要的是你要注意这本书中的习题。所有物理教科书作者都告诉读者应该解答书中的习题，我也要求你们这样做。在本书中，你每隔几页就会看到习题——在绝大部分小节之后都有。我把它们放在每一节的结束（而不是每一章的后），这是为了引起你的注意，尽可能地提示你，你现在能做到什么。习题分很多种类型：思考题、简短的数值计算、数量级的估计、推导、理论的扩展、新的应用，等等。解答这些习题所需的时间差异超过三个数量级，请尽你所能完成它们，越早越好，尽量不要赶到一起。你可能没有时间做完所有习题，但是无论如何请全部阅读，这样你会知道自己错过了什么。多年以后，如果你有兴致了的话，请回去做一做你跳过的习题。 在阅读本书之前，你应该已经上了一年的入门性质的物理课程和微积分。如果它们不包括任何热物理学的内容，你应该花一些额外的时间学习第 1 章。如果你的入门课程并未包含任何量子力学，在阅读第 2 章、第 6 章和第
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