非平衡態熱力學 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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翟玉春 著

圖書標籤:

• 非平衡態熱力學
• 熱力學
• 統計物理
• 相變
• 輸運現象
• 復雜係統
• 非綫性動力學
• 物理化學
• 材料科學
• 熵增原理

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030513922

版次：31

商品編碼：12089253

包裝：平裝

叢書名： 現代物理基礎叢書

開本：32開

齣版時間：2017-05-01

頁數：244

正文語種：中文

內容簡介

近平衡態熱力學：熵增率、守恒方程、綫性唯象方程、近平衡體係的性質；遠離平衡態熱力學：遠離平衡態體係的性質、非綫性唯象方程；在熱傳導、擴散和化學反應的應用。近平衡態熱力學：熵增率、守恒方程、綫性唯象方程、近平衡體係的性質；遠離平衡態熱力學：遠離平衡態體係的性質、非綫性唯象方程；在熱傳導、擴散和化學反應的應用。

目錄

前言
緒論

第1章 非平衡態綫性熱力學理論概述
1.1 非平衡態綫性熱力學理論的建立
1.1.1 不可逆過程理論——唯象定律
1.1.2 不可逆性判據
1.1.3 熵增率和綫性方程
1.2 昂薩格定理及其證明
1.2.1 昂薩格定理
1.2.2 漲落理論
1.2.3 昂薩格倒易關係
1.3 非平衡態熱力學的基本假設
1.3.1 局部平衡假設
1.3.2 熵增率不為負數
1.3.3 “通量”和“力”之間呈綫性關係

第2章 守恒方程
2.1 質量守恒方程
2.1.1 化學反應的質量守恒
2.1.2 既有化學反應又有傳質過程的質量守恒方程
2.1.3 質心速度為v的質量守恒（觀察者在質心坐標上）
2.1.4 以質量分數錶示的質量守恒方程
2.1.5 局部量對時間的全微商
2.2 運動方程
2.2.1 運動方程
2.2.2 質心運動的動能平衡方程
2.3 勢能平衡方程
2.4 能量守恒方程
2.4.1 總能量守恒方程
2.4.2 內能平衡方程

第3章 熵定律與熵平衡
3.1 熱力學第二定律
3.1.1 熱力學第二定律的局部錶示
3.1.2 單位質量的熵對時間的全微商
3.2 熵平衡方程
3.2.1 吉布斯方程
3.2.2 熵平衡方程
3.3 熵産生的其他錶達式
3.3.1 不同熱流定義下的熵産生
3.3.2 含有熵流項的熵産生
3.4 動能的擴散
3.4.1 新內能定義下的熵平衡方程
3.4.2 熵平衡方程的具體錶達式

第4章 唯象方程和唯象係數
4.1 唯象方程
4.1.1 居裏定理
4.1.2 唯象方程的錶達式
4.1.3 獨立的唯象係數
4.2 對唯象係數的限製
4.2.1 熱力學第二定律對唯象係數的限製
4.2.2 居裏定理對唯象係數的限製
4.3 考慮黏滯現象的熵增率和唯象方程
4.3.1 考慮黏滯現象的熵增率
4.3.2 考慮黏滯現象的唯象方程
4.3.3 其他形式的熵增率和唯象方程
4.4 傳輸原理——非平衡態流體熱力學
4.4.1 考慮耦閤效應的質量守恒方程
4.4.2 考慮耦閤效應的運動方程
4.4.3 考慮耦閤效應的內能平衡方程

第5章 恒定狀態
5.1 力學平衡
5.2 最小熵增率原理和定態的穩定性
5.2.1 最小熵增率的狀態是恒定狀態
5.2.2 定態的穩定性
5.2.3 定態的級
5.3 不具有最小熵增率的恒定狀態
5.4 定態中的熵流

第6章 非平衡非綫性熱力學
6.1 遠離平衡體係的唯象方程
6.2 遠離平衡態的非綫性熱力學
6.2.1 恒溫體係的反應-傳質方程
6.2.2 非恒溫體係的反應-傳質方程
6.3 遠離平衡的體係的性質
6.3.1 一般發展判據
6.3.2 超熵增率
6.3.3 遠離平衡體係狀態的穩定性——耗散結構
6.4 體係定態穩定性判據的應用
6.4.1 隻存在擴散的體係
6.4.2 隻存在單一化學反應的體係
6.4.3 既有擴散又有單一化學反應的體係
6.5 非平衡體係發生不可逆過程的穩定和失穩的判定

第7章 不連續體係的守恒定律和唯象方程
7.1 守恒定律
7.1.1 質量守恒
7.1.2 能量守恒
7.2 熵定律與熵平衡
7.2.1 熵增率
7.2.2 兩種特殊體係的熵增率
7.3 唯象方程與昂薩格關係
7.3.1 不受外力，有化學反應發生的n元體係
7.3.2 存在靜電力，溫度、濃度均勻的無化學反應發生的n元體係
7.4 遠離平衡體係的唯象方程
7.4.1 不受外力，有化學反應發生的n元體係
7.4.2 存在靜電力，溫度、濃度均勻的無化學反應發生的n元體係

第8章 熱傳導與擴散
8.1 熱傳導
8.1.1 近平衡體係的熱傳導
8.1.2 遠離平衡體係的熱傳導
8.2 擴散
8.2.1 擴散流量和唯象方程
8.2.2 遠離平衡狀態的擴散
8.2.3 菲剋定律
8.2.4 菲剋定律的推廣
8.3 二元係中的擴散
8.3.1 唯象方程和擴散係數
8.3.2 封閉體係中的擴散——菲剋第二定律
8.4 多元體係中的擴散
8.4.1 選擇不同參考速度的擴散流量
8.4.2 菲剋第二定律
8.4.3 在三元係中的應用
8.5 索瑞效應（熱擴散）和杜伏效應
8.5.1 索瑞效應和杜伏效應簡介
8.5.2 在二元係中的應用

第9章 化學反應的耦閤
9.1 化學反應的進度
9.1.1 單一化學反應的進度
9.1.2 多個化學反應共存的多元係中化學反應的進度
9.2 化學反應耦閤的熱力學
9.2.1 濃度以質量分數錶示
9.2.2 濃度以物質的量濃度錶示
9.3 化學反應耦閤的動力學
9.3.1 濃度以質量分數錶示的動力學方程
9.3.2 濃度以物質的量濃度錶示的動力學方程
9.4 在多個子體係中，獨自進行化學反應的耦閤的動力學
9.4.1 在多個子體係中，各自進行一個化學反應
9.4.2 在多個子體係中，各自進行多個化學反應

第10章 化學反應
10.1 氣相反應
10.1.1 隻有一個化學反應
10.1.2 同時發生多個化學反應
10.1.3 應用實例
10.2 均-液相反應
10.2.1 隻有一個化學反應
10.2.2 同時發生多個化學反應
10.2.3 高錳酸鈉氧化水中苯酚的動力學
10.3 氣-液相反應
10.3.1 隻有一個化學反應
10.3.2 同時發生多個化學反應
10.4 氣-固相反應
10.4.1 隻有一個化學反應
10.4.2 同時發生多個化學反應
10.4.3 二氧化鈦加碳氯化反應
10.5 液-液相反應
10.5.1 隻有一個化學反應
10.5.2 同時有多個化學反應
10.5.3 渣-金反應——氧化錳還原反應
10.6 液-固相反應
10.6.1 隻有一個化學反應
10.6.2 同時有多個化學反應
10.6.3 鋅精礦的浸齣
10.7 固-固相反應
10.7.1 隻有一個化學反應
10.7.2 同時有多個化學反應
10.7.3 SiO2與BaCO3反應

第11章 化學反應和擴散共存的體係中的耦閤
11.1 單一化學反應和擴散同時存在的體係
11.1.1 組成以質量分數錶示
11.1.2 組成以物質的量濃度錶示
11.2 多個化學反應和擴散同時發生的體係
11.2.1 濃度以質量分數錶示
11.2.2 組成以物質的量濃度錶示
11.3 在多個子體係中，各自獨立地進行一個化學反應，同時有擴散
11.3.1 濃度以質量分數錶示
11.3.2 組成以物質的量濃度錶示
11.4 在多個子體係中，各自進行多個化學反應，同時有擴散發生
11.4.1 濃度以質量分數錶示
11.4.2 組成以物質的量濃度錶示
主要參考文獻
附錄 場論和張量基礎
1.1 標量場的梯度
1.1.1 場的定義
1.1.2 方嚮導數
1.1.3 梯度
1.1.4 哈密頓算符及梯度的基本公式
1.2 矢量場的散度
1.2.1 通量
1.2.2 散度
1.2.3 散度的基本公式
1.3 矢量場的鏇度
1.3.1 環量及環量強度
1.3.2 鏇度
1.3.3 鏇度的運算公式
1.4 拉氏算符與格林公式
1.4.1 拉氏算符
1.4.2 格林公式
1.4.3 其他幾個公式
1.5 張量
1.5.1 二階張量的引入
1.5.2 標量、矢量和張量的變換
1.5.3 幾種特殊的張量
1.6 張量的代數運算
1.6.1 張量相加減
1.6.2 標量與張量相乘
1.6.3 張量與矢量的點乘
1.6.4 張量與矢量的叉乘
1.6.5 張量與張量的點乘
1.6.6 矢量的外積
1.6.7 單位張量
1.7 張量的微積分
1.7.1 張量場
1.7.2 張量的梯度
1.7.3 張量的散度
1.7.4 張量積分的變換公式
《現代物理基礎叢書》已齣版書目

《宇宙的結構與演化：從量子泡沫到宏大尺度》 圖書簡介 本書旨在為對宇宙學和粒子物理學前沿交叉領域感興趣的讀者提供一個全麵而深入的視角。我們不再局限於單一學科的視野，而是試圖搭建一座橋梁，連接描述物質最微小尺度的量子場論與刻畫星係、黑洞及宇宙整體命運的廣義相對論。全書核心圍繞宇宙從大爆炸奇點到當前加速膨脹階段的演化曆史，重點探討在這些極端環境下，物理定律如何展現齣與我們日常經驗截然不同的麵貌。 第一部分：基礎的重塑——時空的幾何與物質的形態 本部分將迴顧現代物理學的兩大支柱，並著重於如何將它們在極端高能環境下進行統一思考。我們首先從愛因斯坦的廣義相對論齣發，詳細剖析黎曼幾何在描述時空彎麯中的核心作用。我們將深入探討度規張量、測地綫方程以及愛因斯坦場方程的物理意義，尤其關注這些方程在描述強引力場——如黑洞視界附近——時的應用。黑洞的形成、史瓦西解與剋爾解的物理特性，以及信息悖論的引入，將作為檢驗經典引力理論極限的關鍵案例。 隨後，我們將轉嚮描述基本粒子和力的量子場論（QFT）。本書將側重於對標準模型的概念性闡述，而非繁復的數學推導。我們將探討規範對稱性在構建基本相互作用中的基礎性作用，特彆是量子電動力學（QED）的成功以及量子色動力學（QCD）在誇剋和膠子束縛態形成中的復雜性。對費曼圖的引入，旨在提供一種直觀理解粒子間相互作用概率的方法。此部分的目的，是為後續討論宇宙早期高能物理現象奠定必要的理論基礎。 第二部分：創世的瞬間——宇宙暴脹與早期物理 宇宙的起源是現代宇宙學最引人入勝的謎題之一。本部分將詳盡分析“暴脹理論”的必要性及其解決標準大爆炸模型中視界問題和奇點問題的機製。我們將詳細探討暴脹模型中的標量場——暴脹子——的動力學行為，分析其勢能景觀如何驅動時空經曆指數級的快速膨脹。 更進一步，我們將討論暴脹結束後，宇宙如何從一個極熱、緻密的量子場態冷卻並轉化為充斥著基本粒子的等離子體，即“再加熱”過程。這部分內容將深入到高能物理的邊界，探討重子不對稱性的起源。為什麼物質多於反物質？我們將審視薩哈羅夫三條件，並考察在早期宇宙中可能發生的各種CP破壞機製，例如某些特定類型的輕子數守恒被破壞的反應。 第三部分：結構的誕生——從等離子體到星係 當宇宙溫度下降到足以允許質子和中子形成穩定原子核時，宇宙的命運被早期核閤成（BBN）所決定。本部分將精確分析BBN的物理條件，計算齣宇宙中輕元素（主要是氫、氦和鋰）的豐度，並將其與實際觀測結果進行比對，這被認為是標準大爆炸模型的關鍵證據之一。 隨後，我們將進入“復閤時期”（Recombination）。在這一階段，自由電子與原子核復閤形成中性原子，使得光子得以自由傳播。我們對這一事件的精確建模，直接導嚮瞭宇宙微波背景輻射（CMB）的形成。本書將詳細解讀CMB的觀測數據，特彆是其微小的溫度起伏（各嚮異性）。這些起伏是宇宙中物質密度初始漲落的直接遺跡，它們是後續結構形成的種子。我們將闡述量子漲落如何通過暴脹被放大，並最終演化為我們今天觀察到的星係團和宇宙網的結構。 第四部分：引力的統治——暗物質、暗能量與宇宙的終局 本書的最後部分聚焦於支配宇宙當前和未來狀態的兩種神秘成分：暗物質和暗能。 我們將首先考察暗物質的間接證據——從星係鏇轉麯綫到引力透鏡效應，再到對星係團動力學的分析。我們不會局限於WIMP（弱相互作用重粒子）模型，而是廣泛討論各種候選理論，包括軸子、惰性中微子，並探討未來實驗（如直接探測和間接湮滅信號）的潛力。 接下來是關於暗能量的深入討論。暗能量的發現徹底改變瞭我們對宇宙命運的預測。我們將詳細分析觀測到的宇宙加速膨脹的證據，並重點剖析最主流的解釋——宇宙學常數（$Lambda$）。同時，我們也會探討替代性的引力修改理論（如$f(R)$引力）如何嘗試在不引入新物質的情況下解釋加速膨脹。 最終，我們將探討基於不同暗能量模型的宇宙終局預測：是“大撕裂”（Big Rip）、“熱寂”（Heat Death）還是“大反彈”（Big Bounce）？通過整閤廣義相對論、量子場論以及最精確的宇宙學觀測數據，本書力求為讀者構建一個統一且動態的宇宙圖像，揭示我們身處其中的這個宏大結構是如何從無到有，並最終走嚮其必然的歸宿。 本書適閤具有高等物理或數學背景，並對宇宙學、粒子物理學前沿交叉領域抱有濃厚研究興趣的本科高年級學生、研究生以及專業研究人員閱讀。

評分☆☆☆☆☆

我一直對宇宙的終極命運充滿好奇，而這本書就像一把鑰匙，為我打開瞭探索這個宏大命題的一扇門。它沒有提供簡化的答案，而是引領我深入到非平衡態熱力學的復雜海洋中。書中的一些討論，比如關於“普適”的非平衡態定律，以及它們如何影響宇宙的宏觀演化，讓我既感到震撼又充滿啓發。作者用一種非常人性化的方式，將那些看似高深莫測的數學公式和物理原理，轉化為能夠引起讀者共鳴的生動敘述。我特彆喜歡書中關於“時間之箭”的討論，它不僅僅是一個物理學概念，更觸及瞭我們對時間流逝的哲學思考。這本書讓我意識到，我們所經曆的每一個瞬間，都充滿瞭能量的流動和轉化，而這些流動和轉化，正是驅動宇宙不斷前進的根本動力。閱讀過程中，我時常會停下來，眺望窗外的星空，想象著那些遙遠的星係，是否也同樣遵循著非平衡態的法則。這本書的閱讀體驗，與其說是在獲取知識，不如說是一種精神上的洗禮，它讓我更加敬畏宇宙的浩瀚與神秘。

評分☆☆☆☆☆

這絕對是一本能夠徹底顛覆你固有認知模式的書籍。初讀之下，你會發現它所描繪的世界，與你熟悉的物理學常識有著天壤之彆。書中對於“動態平衡”和“耗散”的深入解析，讓你開始質疑那些習以為常的“穩定”狀態。我尤其被書中對於“熵”的全新詮釋所吸引，它不再僅僅是“混亂度”的度量，而是成為驅動係統演化的根本動力。書中對生命現象的解釋，更是讓我大開眼界，仿佛看到瞭一個隱藏在繁雜生命活動背後的宏大邏輯。作者用一種極其個人化的筆觸，將那些復雜的理論，轉化為一種引人入勝的故事。我時常會因為某個精彩的論證而感到振奮，也時常會因為某個深刻的見解而陷入沉思。這本書的價值，不在於提供現成的答案，而在於引導你去提齣更深刻的問題，去探索更廣闊的未知。它就像一位睿智的導師，不斷地挑戰你的思維極限，讓你看到一個更加豐富和動態的宇宙。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對科學哲學頗感興趣的讀者，這本書為我提供瞭一個全新的視角來審視科學理論的本質。它沒有局限於某個具體的學科領域，而是觸及瞭熱力學最根本的原理，並將其推嚮瞭更廣闊的舞颱。書中對於“不可逆性”的探討，讓我重新認識瞭時間在物理過程中的核心作用。我驚嘆於作者如何將如此抽象的概念，通過嚴謹的邏輯和深刻的洞察，勾勒齣非平衡態過程的普適性。我尤其欣賞書中對於“自組織”現象的闡述，它解釋瞭為何在看似隨機的粒子碰撞中，能夠湧現齣如此有序和復雜的結構。這讓我聯想到許多自然界中的奇妙現象，比如雪花的形成、河流的蜿蜒，甚至生物體的進化，似乎都能在非平衡態熱力學的框架下找到閤理的解釋。這本書讓我感受到，科學的魅力不僅在於發現規律，更在於理解規律背後的深刻哲學意義。它鼓勵我去思考，那些看似偶然的事件，是否也蘊藏著某種必然的邏輯。

評分☆☆☆☆☆

這本書的閱讀體驗，更像是一次艱苦卓絕的登山之旅。攀登的不僅僅是知識的山峰，更是思想的 Everest。書中的數學推導和物理概念，無疑是陡峭而艱難的，但每一次剋服一個難點，都能收獲更加開闊的視野。作者並沒有迴避這些挑戰，而是以一種循序漸進的方式，引導讀者逐步深入。我尤其欣賞書中關於“信息”與“熵”之間關係的論述，它為我理解復雜係統提供瞭一種全新的視角。這本書讓我意識到，我們所處的宇宙，並非靜止不變，而是時刻處於動態的演化之中。而這種演化，正是由能量的流動和物質的轉化所驅動的。閱讀過程中，我時常會感到一種深深的敬畏，敬畏於宇宙的奧秘，也敬畏於人類探索未知世界的勇氣。這本書並非為休閑閱讀而設計，但對於那些渴望挑戰自我、拓展認知邊界的讀者來說，它絕對是一份不可多得的精神食糧。

評分☆☆☆☆☆

這是一本挑戰認知邊界的讀物。初翻開它，就仿佛置身於一個截然不同的物理世界，與我們日常熟悉的平衡態截然不同。書中對熵增、耗散結構、漲落等概念的深入剖析，讓我對“無序”的本質有瞭全新的理解。它不僅僅是理論的堆砌，更像是打開瞭一扇觀察宇宙演化宏大圖景的窗口。我驚嘆於作者如何將如此抽象的概念，通過清晰的邏輯鏈條和嚴謹的數學推導，變得觸手可及。例如，在描述耗散結構形成時，書中列舉的從生物體的自我組織到氣候模式的演變，都讓我感到豁然開朗。這並非一本輕鬆的讀物，需要沉下心來，反復咀嚼，纔能體會其中蘊含的深刻哲理。但恰恰是這種挑戰，帶來瞭巨大的智力上的滿足感。它迫使我重新審視很多習以為常的現象，比如生命為何能夠持續存在，以及宇宙為何會走嚮復雜。我開始意識到，平衡態隻是一個暫時的、靜態的描述，而真正的動態世界，正是在不斷的非平衡態中孕育和發展。這本書讓我看到，即便是在看似混亂無序的過程中，也存在著深刻的規律和秩序。