地球与行星科学中的热力学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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吉巴米卡·甘古利 著，程伟基 译

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• 地球物理学
• 行星物理学
• 地质学
• 宇宙学
• 能源
• 环境科学
• 科学计算

出版社： 中国科学技术大学出版社

ISBN：9787312037030

版次：1

商品编码：11953671

包装：平装

丛书名： 物理学名家名作译丛

开本：16开

出版时间：2016-06-01

用纸：胶版纸

页数：430

字数：580000

正文语种：中文

内容简介

　　迄今出版的大量热力学教科书都是针对物理学、化学以及工程学问题而写的。近年来也出版了若干着重在地质问题研究方面的书。因此，读者可能会问，为什么还要写一本热力学书？我始终是以地球科学的读者为对象来写作的，因而重点就是化学热力学或地球化学热力学。随着热力学基本原理的展开，书中将涉及地球化学、岩石学、矿物学、地球物理和行星科学的大量问题。虽然还谈不上囊括所有问题，但还是企图尽力开发核心内容，让地球和行星科学的不同专业的读者得益。

作者简介

　　吉巴米卡·甘吉利（Jibamitra Ganguly），美国亚利桑那大学地球科学系教授，美国地球物理学会和矿物学会会士。1938年出生于印度，1967年获芝加哥大学地球物理系博士学位。先后在耶鲁大学和加州大学洛杉矶分校做博士后研究，1978年起任职于美国亚利桑那大学。作者在与相平衡、热力学和扩散动力学相关的地球和行星科学的广泛领域（包括岩石学、物理地球化学和矿物学等）作出了许多贡献。特别是通过实验和理论的结合研究来揭示多组分自然体系的热力学和动力学演化信息，并因此干2002年被聘为德国洪堡基金会研究员。曾主编和合作出版4本专著，并发表近90篇论文。
　　
　　程伟基，男，1946年生，1968年毕业于中国科学技术大学近代化学系，1985年任该校地球和空间科学系副教授，1986-1988年在加拿大不列颠哥伦比亚大学地球科学系工作，1989-2013任职于美国亚利桑那大学地球科学系，直至退休，现定居洛杉矶。主要研究领域包括高温高压条件下多组分矿物晶体化学平衡实验和计算，晶体表面元素扩散作用的实验和理论，以及地球和行星中自然体系物理化学演化的应用。

内页插图

目录

第1章 绪论
1．1 热力学的性质和范围
1．2 不可逆过程和可逆过程
1．3 热力学体系、边界和变量
1．4 功
1．5 稳定和亚稳定平衡
1．6 晶格点阵振动
1．7 电子构型和晶体场效应
1．7．1 电子壳层、亚壳层和轨道
1．7．2 晶体或配位场效应
1．8 常用物理量和单位

第2章 热力学第一和第二定律
2．1 热力学第一定律
2．2 热力学第二定律：经典表述
2．3 卡诺循环：熵和热力学温标
2．4 熵：自然过程的方向和平衡
2．5 熵的微观解释：玻尔兹曼方程
2．6 熵和无序度：矿物学应用
2．6．1 构型熵
2．6．2 振动熵
2．6．3 构型熵与振动熵的比较
2．7 第一和第二定律的合并陈述
2．8 热平衡条件：第二定律的说明性示例
2．9 热发动机和热泵的有效率
2．9．1 热发动机
2．9．2 热泵
2．9．3 自然界中的热发动机

第3章 热力学势及其衍生性质
3．1 热力学势
3．2 封闭体系的平衡条件：用热力学势的公式化表示
3．3 什么是自由能中的自由？
3．4 麦克斯韦关系式
3．5 热力学方块：介绍一种记忆工具
3．6 蒸气压和逸度
3．7 衍生性质
3．7．1 热膨胀和压缩性
3．7．2 热容
3．8 Gruneisen参数
3．9 热膨胀和压缩系数与P-T的关系
3．1 0热力学导数综览

第4章 热力学第三定律和热化学
4．1 第三定律和熵
4．1．1 观察基础和表述
4，1．2 第三定律熵和剩余熵
4．2 热容函数的性质
4．3 对端元相固体的热容和熵的非晶格影响
4．3．1 电子跃迁
4．3．2 磁转变
4．4 热力学零度的不可达到性
4．5 热化学：形式和约定
4．5．1 生成焓
4．5．2 Hess定律
4．5．3 生成吉布斯自由能
4．5．4 热化学数据库

第5章 临界现象和状态方程
5．1 临界点
5．2 近临界和超临界性质
5．2．1 热和热物理性质的偏离
5．2．2 临界波动
……
第6章 相变、熔融和化学计量相反应
第7章 热压和地球内部的绝热过程
第8章 溶液热力学
第9章 非电解质溶液的热力学和混合模型
第10章 含有溶体和气体混合物的平衡
第11章 地质体系中的元素分馏作用
第12章 电解液和电化学
第13章 表面效应
附录A 熵产生率和动力学问题
附录B 若干数学关系式的讨论
附录C 固体的热力学性质的估算
参考文献
主题索引

前言/序言

　　半个世纪以来，热力学理论和相关的实验方法在地球和行星科学的研究中得到了广泛的应用。可以说，正是从热力学的应用介入传统地质学研究领域开始，对地球和行星的从微观到宏观的不同规模空间中物质的物理化学状态、各种作用及其演化的研究才发展为一个较完整的科学研究体系。地球和行星科学中的热力学就是将所研究的对象抽象为用热力学原理分析的体系，确定描述该体系所需的各种强度变量、广度性质及参数，透过传统的定性和定量分析、各种现代的物理化学仪器分析，特别是与模拟自然作用的实验室结果相结合，并按照所有可能获得的相关信息架构的分析模型计算来获得结果，从而得以不仅定性而且定量地“讲古论今”，推断地球和行星中自然过程的发生和演化规律（当然也与其他方法例如同位素测年法相结合）。虽然，热力学在非平衡态体系和不可逆过程的处理中的限制是肯定的，但同样，热力学在处理许多平衡或接近平衡的体系的作用过程和演化上的有效性也是很显然的。可以说，热力学还处在方兴未艾的阶段，并且正在与嗣后发展的动力学、统计力学在地球和行星科学中的应用更加有机地结合。
　　译者有幸见证并经历了半个世纪以来热力学在地球和行星科学中的介入。例如，从开始在教室和野外观察各种自然体系的结构和化学组成，到今天能根据离子探针对晶体表面元素在纳米级距离上扩散变化的测定，从而按照热力学模型推断喜马拉雅造山运动的抬升速率。这不仅是实验室技术和计算机技术的发展，更是对实际自然对象合理抽象而理论分析建立理论模型的结果。虽然也许只窥探大干世界的一小点，但其中经历的愉悦实在莫可名状。原来热力学原理不仅是大学理工科书本上的基础知识，而且是开启认识地球和行星乃至宇宙的一把金钥匙。
　　译者还有幸与本书作者共事近二十年。译者以旁观角度看，Ganguly教授是五十年来用热力学方法深入窥探地球和行星中物理化学作用及演化的佼佼者，鉴于他在数理化方面特别是热力学上的扎实根基和多年在地球和行星的各种物理化学体系的基础研究，他得以涉猎同时代诸多研究者在相关各个领域的成果，并游刃有余地汇总在本书所呈现的有机联系的各章节中，同时也指出了存在的问题，可供进一步研究参考。Ganguly教授著作等身，有兴趣的读者可到他的个人网页查看。

好的，这里是一份关于一本名为《地球与行星科学中的热力学》的图书的详细简介，内容不涉及该书的实际主题，而是虚构了一个完全不同的科学领域内容，以满足您的要求。 --- 《深海生物化学与极端环境适应性：新世纪的海洋生态学突破》 书籍简介 《深海生物化学与极端环境适应性：新世纪的海洋生态学突破》 是一部全面梳理当代深海生物学研究前沿的权威著作。本书摒弃了传统的海洋生物学叙事框架，将焦点精准地置于地球上最隔绝、压力最大、温度波动最剧烈的区域——深海环境中的生命现象。通过整合前沿的分子生物学、蛋白质组学、环境化学和仿生学原理，本书为读者描绘了一幅关于生命如何突破极限、在极端压力和黑暗中繁荣发展的宏大图景。 第一部分：深海栖息地的物理与化学边界 本书的开篇聚焦于深海环境的严酷性。我们首先深入探讨了深渊带（Abyssal Zone）和海沟带（Hadal Zone）的独特物理化学特征。详细分析了高静水压力（高达1100个大气压）如何影响生物大分子的结构与功能，特别是对细胞膜的流动性、蛋白质折叠动力学和核酸稳定性的影响。 本部分还详细阐述了热液喷口（Hydrothermal Vents）和冷泉（Cold Seeps）化学生态系统的构成。不同于表层海洋的光合作用驱动，深海生态系统的能量基础——化能合成（Chemosynthesis），被置于核心地位。我们剖析了硫化物、甲烷、氢气等无机化合物如何被特殊的微生物群落转化为生物能，并构建了围绕这些能量源的复杂食物网。书中引入了最新的同位素示踪技术，用于解析这些极端生态系统中碳、氮、硫循环的速率与途径。 第二部分：极端适应的分子机制：蛋白质与基因组的革命 适应极端环境需要生物体进化出精妙的分子工具。本书的第二部分深入解构了深海生物的压力适应蛋白组（Piezophilic Proteome）。书中详细介绍了压力稳定蛋白（Piezostable Proteins）的结构特征，例如它们通常具有更紧凑的核心结构和更少的疏水表面，以抵抗高压导致的去折叠倾向。通过对数个代表性物种——如深海嗜压菌（Piezophiles）和深海鱼类——的基因组测序数据进行交叉分析，本书揭示了控制这些适应性的关键基因家族。 此外，书中对极端生物的膜脂重塑（Lipid Remodeling）机制进行了详尽的论述。在高压下，传统的磷脂双分子层容易发生相变，导致膜功能丧失。深海生物通过调节不饱和脂肪酸的比例和引入特殊脂类（如拱细菌脂质），维持了细胞膜的流体性和完整性。本章还探讨了极端耐受性酶（Extremotolerant Enzymes）的结构生物学，例如深海真菌和细菌中发现的、在常温常压下完全失活，但在高压高温下才展现出极高催化效率的特殊酶系。 第三部分：深海生物的生态学与进化驱动力 适应性并非孤立存在，而是深刻嵌入到物种的生态策略和进化历史中。本书的第三部分将视角从分子层面提升至种群与群落层面。 我们探讨了生命周期策略在深海中的特化，例如深海物种普遍表现出的慢速生长、长寿命和低繁殖率（Slow-Life Strategy），以及这种策略如何与稀缺的食物资源和极低的代谢率相匹配。书中运用复杂种群动态模型，模拟了深海热液喷口生态系统中，快速更替的微生物群落与长寿命的巨型底栖动物（如管虫、蛤类）之间的相互作用。 进化驱动力部分则关注生物地理学（Biogeography）和隔离适应。深海盆地和海沟的物理隔离，导致了高度特有的地方性物种（Endemic Species）的形成。通过对不同洋盆深海物种的系统发育分析，本书揭示了深海洋流、海底地形和地质历史对物种扩散和分化的决定性作用。 第四部分：仿生学、生物技术与未来展望 作为一部面向未来的科学著作，本书的最后一部分着眼于深海生物学研究的实际应用潜力。 生物仿制与材料科学：深海生物提供的压力稳定和抗腐蚀机制，为开发新型高强度、耐腐蚀材料提供了灵感。书中详细介绍了从深海细菌中提取的、能够在极端条件下保持活性的压力敏感性生物传感器（Pressure-Sensitive Biosensors）的开发前景。 生物医药潜力：深海微生物产生的次级代谢产物，往往是为了应对其独特的化学环境而合成的，具有新颖的生物活性。本书总结了近年来从深海真菌和细菌中分离出的、具有强大抗菌、抗癌或耐高温特性的化合物库，并讨论了其药物开发面临的挑战。 可持续利用与保护：随着深海采矿和生物资源探索活动的增加，本书最后强调了深海生态系统保护的紧迫性。通过建立跨学科的评估框架，本书呼吁在科学认知尚未完全充分的情况下，对这些脆弱而独特的生物多样性热点进行负责任的探索和保护。 --- 目标读者： 本书面向海洋生物学家、生物化学家、环境科学家、地质学家，以及对极端生命形式和生物技术应用感兴趣的研究人员和高年级本科生。本书的深度和广度，使其成为该领域研究生和资深研究人员的必备参考书。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的感受就是，它彻底改变了我对某些科学概念的看法。我之前可能对它们有一些模糊的认识，甚至存在一些误解，但通过这本书的解读，我获得了全新的视角和更深刻的理解。作者在讲解过程中，非常善于运用类比和对比，将复杂的理论放在不同的情境下去分析，从而帮助我跳出固有的思维模式，看到事物的本质。例如，在解释某个物理现象时，作者会从多个角度进行剖析，并给出不同的解释框架，让我能够更加全面地认识这个问题。这种“多维度”的讲解方式，不仅拓宽了我的视野，更重要的是，它教会了我如何去批判性地思考，如何去质疑和探索，而不是盲目地接受。这本书让我觉得，科学的魅力不仅仅在于其结论，更在于其不断求索和精进的过程。

评分☆☆☆☆☆

我一直对一些宏大的科学叙事非常着迷，而这本书恰恰满足了我对宇宙奥秘的好奇心。它不仅仅是一本关于某一具体学科的书，更像是一次穿越时空的旅行，带领我从微观的原子尺度，一直眺望到宏观的星系演化。作者在描绘这些壮阔景象时，文字充满了想象力，仿佛我真的能够“看到”恒星的诞生与毁灭，感受到黑洞吞噬一切的强大引力。同时，书中对于各种天体现象的解释，又充满了科学的严谨和逻辑，让我既能沉醉于宇宙的浪漫，又能理解其背后的物理规律。我最欣赏的地方在于，作者能够将一些非常抽象和遥远的科学概念，用一种能够引起共鸣的方式来呈现，让那些看似遥不可及的宇宙奇观，变得触手可及，充满魅力。

评分☆☆☆☆☆

我一直对那些能够将复杂概念以通俗易懂的方式呈现出来的书籍情有独钟，而这本书恰恰满足了我的这一期望。它并没有一上来就抛出艰深的公式和理论，而是从一些生活中常见的现象入手，比如为什么水会沸腾，为什么冰会融化，这些看似简单的问题，作者却能抽丝剥茧，引出背后深刻的热力学原理。通过生动的比喻和贴近生活的例子，那些原本令人生畏的物理定律，变得鲜活起来，仿佛就在我们身边发生。我尤其喜欢作者在讲解某些定律时，穿插的一些小故事或者历史典故，这不仅增加了阅读的趣味性，更让我体会到科学发展的曲折历程，以及那些伟大的科学家们是如何一步步探索真理的。这本书让我感受到了知识的力量，也激发了我对科学探索的热情，让我觉得学习和思考是一件多么有趣的事情。

评分☆☆☆☆☆

这套书的装帧设计着实让我眼前一亮。封面采用了深邃的星空蓝作为主色调，仿佛将整个宇宙的浩渺尽收眼底。中央的地球和几颗行星的插画，线条流畅，色彩运用也十分讲究，既有科学的严谨感，又不失艺术的美感。烫金的字体更是增添了一份厚重和精致，拿在手中，就能感受到它沉甸甸的学术分量。书脊的设计也考虑到了实际使用，方便在书架上辨认。打开书页，纸张的触感也很好，厚实而细腻，印刷清晰，没有毛边，文字排版疏密得当，阅读起来非常舒适，长时间翻阅也不会感到疲劳。封底的文字简洁扼要，却能准确地概括出本书的魅力，让人迫不及待地想要一探究竟。整体而言，从外在的包装到内在的品质，都透露出一种对细节的极致追求，是一本让人赏心悦目的佳作。

评分☆☆☆☆☆

这本书所构建的知识体系，在我看来，是相当扎实的。作者在梳理相关理论时，逻辑性极强，层层递进，仿佛在一块块拼图，最终构成了一幅完整而清晰的图景。无论是对于基础概念的阐述，还是对于进阶理论的讲解，都做到了深入浅出，既保证了学术的严谨性，又不至于让初学者感到难以理解。书中引用的大量参考文献和研究案例，也为我进一步深入学习提供了坚实的基础和方向。我能够感受到作者在撰写过程中，花费了大量的时间和精力去搜集、整理和消化这些信息，并将其巧妙地融会贯通。对于那些希望系统性学习相关领域知识的读者来说，这本书无疑是一份宝贵的财富。它提供了一个非常好的起点，让我能够站在巨人的肩膀上，去理解和探索更广阔的未知领域。

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