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[德] 阿诺德·索末菲（Arnold Sommerfeld） 著，胡海云，李军刚 译

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• 热力学
• 统计学
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• 化学
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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030569455

版次：31

商品编码：12342407

包装：平装

丛书名： Sommerfeld理论物理学第五卷

开本：16开

出版时间：2018-04-01

页数：313

字数：400000

正文语种：中文

内容简介

《热力学与统计学（中译本）》是《Sommerfeld理论物理学》教程的第五卷，《热力学与统计学（中译本）》共分5章，前3章为热力学，后2章为统计物理学。各章内容包括：第1章热力学、总论，第2章热力学对特殊系统的应用，第3章气体动力学基本理论，第4章统计学的普遍理论：组合方法，第5章精确的气体动理学的概述，《热力学与统计学（中译本）》的若干创见和重要成果是著者及其学生的贡献，《热力学与统计学（中译本）》附有刊题和部分参考答案。

目录

目录
Sommerfeld及其成就
总序
第五卷序
第1章 热力学 总论 1
§1 温度作为系统的一个属性 1
§2 功和热 3
§3 理想气体 6
A. Boyle定律 (Boyle-Mariotte定律) 6
B. Charles定律 (Gay-Lussac定律) 7
C. Avogadro定律和普适气体常量 8
§4 第一定律 能量和焓作为属性 10
A. 热功当量 10
B. 焓作为属性 12
C. 关于比热cp和cv之比的题外话 13
§5 可逆和不可逆绝热过程 14
A. 可逆绝热过程 15
B. 不可逆绝热过程 17
C. Joule-Kelvin多孔塞实验 18
D. 非常重要的一个结论 19
§6 第二定律 20
A. Carnot循环及其效率 21
B. 第二定律的第一部分 23
C. 第二定律的第二部分 27
D. 最简单的算例 29
E. 关于第二定律文字表述的评论 30
F. 能量和熵的相对量级 31
§7 热力学势和互易关系 32
§8 热力学平衡 37
A. 无约束热力学平衡和最大熵 37
B. 无约束热力学平衡下的等温等压系统 37
C. 弛豫平衡中附加的自由度 38
D. 热力学势的极值性质 38
E. 最大功定理 40
§9. van der Waals方程 42
A. 等温线 43
B. van der Waals气体的熵和热性质 44
§10. van der Waals对气体液化的评论 46
A. 积分和微分的Joule-Thomson效应 46
B. 转化曲线及其实际应用 47
C. p-v面中液-气相共存区域的边界 49
§11. Kelvin温标 53
§12. Nernst热力学第三定律 55
第2章 热力学对特殊系统的应用 59
§13. 气体混合物Gibbs悖 Guldberg-Waage定律 59
A. 气体的可逆分离 60
B. 扩散过程和Gibbs佯谬中的熵增加 61
C. Guldberg和Waage的质量作用定律 62
§14. 化学势和化学常量 66
A. 化学势μi 67
B. 理想混合物μi 与gi之间的关系 69
C. 理想气体的化学常量 70
§15. 稀溶液 71
A. 历史综述 71
B. 稀溶液的Van0t Ho状态方程 71
§16. 水的不同相对蒸汽机理论的说明 74
A. 蒸汽压曲线和Clapeyron方程 74
B. 冰和水之间的相平衡 77
C. 饱和蒸汽的比热 78
§17. 相平衡理论综述 80
A. 水的三相点 80
B. Gibbs相律 82
C. 稀溶液的Raoult定律 84
D. Henry吸收定律(1803) 86
§18. 原电池的电动势 87
A. 电化学势 88
B. Daniell电池(1836) 89
C. 个体反应缩简为总体反应 90
D. Gibbs-Helmholtz基本方程 91
E. 实例 92
F. 对基本方程积分的说明 93
§19. 铁磁性与顺磁性 94
A. 磁化功和状态的磁方程 94
B. 顺磁质的Langevin方程 96
C. 铁磁现象的Weiss理论 97
D. 比热cH和cM 100
E. 磁热效应 104
§20. 黑体辐射 105
A. Kirchho定律 106
B. Stefan-Boltzmann定律 108
C. Wien定律 109
D. Planck辐射定律 113
§21. 不可逆过程近平衡过程热力学 119
A. 热传导和局域熵产生 119
B. 各向异性体中的热传导和Onsager互易关系 121
C. 热电现象 122
D. 内部变换 127
E. 一般关系 128
F. 不可逆过程热力学理论的局限性 130
第3章 气体动力学基本理论 131
§22. 理想气体状态方程 131
§23. Maxwell速度分布 135
A. 单原子气体的Maxwell分布1860年的证明 135
B. 数值和实验结果 138
C. 能量分布总评Boltzmann因子 139
§24. Brown运动 140
§25. 对顺磁质的统计讨论 145
A. 经典的Langevin 函数 146
B. 借助于量子力学对Langevin函数的修正 148
§26. van der Waals方程中常量的统计意义 149
A. 分子体积与常量 149
B. van der Waals内聚力与常量151
§27. 平均自由程问题 153
A. 一个特殊情况下平均自由程的计算 153
B. 黏度 154
C. 热导率 157
D. 一些与平均自由程概念相关问题的总评 159
第4章 统计学的普遍理论：组合方法 161
§28. Liouville定理，空间和空间 161
A. 多维空间（相空间） 161
B. Liouville定理 162
C. 理想气体的等概率 163
§29. Boltzmann原理 165
A. 用排列来量化热力学概率 166
B. 用最大概率来度量熵 168
C. 元胞的合并 170
§30. 与热力学对照 171
A. 等容过程 171
B. 无外力情况下气体经历的一般过程 172
C. 外力场中的气体；Boltzmann因子 173
D. Maxwell-Boltzmann速度分布律 174
E. 混合气体 175
§31. 比热和刚性分子的能量 176
A. 单原子分子气体 176
B. 气体组成和双原子分子 178
C. 多原子分子气体和Kelvin的乌云 181
§32. 考虑分子振动的比热和固体的比热 182
A. 双原子分子 182
B. 多原子分子气体 183
C. 固体和Dulong-Petit规则 183
§33. 振动能量的量子化 183
A. 线性振子 184
B. 固体 186
C. 推广到任意量子态 187
§34. 转动能量的量子化 188
§35. 关于辐射理论和固体的补充材料 191
A. 自然振动方法 191
B. 固体比热的Debye理论 192
§36. 空间的配分函数 193
A. Gibbs条件 194
B. 与Boltzmann方法的关系 195
C. 量子效应引起的修正 197
D. Gibbs假设分析 199
§37. 量子统计基础 200
A. 全同粒子的量子统计 200
B. Darwin和Fowler的方法 201
C. Bose-Einstein和Fermi-Dirac分布 203
D. 鞍点方法 204
§38. 简并气体 207
A. Bose-Einstein和Fermi-Dirac分布 207
B. 气体简并度 210
C. 高简并度的Bose-Einstein气体 212
§39. 金属电子气 215
A. Drude理论的评价性介绍 215
B. 完全简并Fermi-Dirac气体 216
C. 近完全简并 219
D. 特殊问题 220
§40. 方均涨落 223
第5章 精确的气体动理学的概述 229
§41. Maxwell-Boltzmann碰撞理论 229
A. 气体动理学中态的描述 229
B. f随时间的变化 231
C. 弹性碰撞定律 232
D. Boltzmann的碰撞积分 234
E. Boltzmann关于分子混沌的假设 235
§42. H-定理和Maxwell分布 236
A. H-定理 236
B. Maxwell分布 239
C. 平衡态分布 241
§43. 流体动力学的基本公式 242
A. 分布函数的级数展开 242
B. Maxwell的输运方程 244
C. 质量守恒 246
D. 动量守恒 247
E. 能量守恒 248
F. 熵定理 251
§44. 关于碰撞方程的积分 253
A. 利用矩方程积分 253
B. 矩方程的变换 254
C. 碰撞矩的评估 256
D. 黏度和导热系数 257
§45. 电导率和Wiedemann-Franz定律 261
A. 金属中电子的碰撞和传输方程 261
B. 碰撞方程的近似解 263
C. 电流和能量通量 266
D. 欧姆定律 267
E. 导热系数和绝对热电动势 268
F. Wiedemann-Franz定律 269
习题 271
习题解答 279

《经典物理学导论：从牛顿力学到电磁场》 聚焦基础，构建宏观与微观的桥梁 本书旨在为学习物理学的学生提供一个坚实、连贯且深入的经典物理学基础。它并非对某一特定分支（如热力学或统计物理学）的详尽专论，而是致力于构建一个完整的物理图像，涵盖宏观世界的基本运动规律、场的概念及其相互作用，为理解更深层次的现代物理学做好准备。 全书结构精心设计，由易到难，逻辑严密，旨在培养读者严谨的物理思维和解决实际问题的能力。内容覆盖了牛顿力学、振动与波、狭义相对论、电磁学基础以及经典场论的几个核心部分。 第一部分：牛顿力学与运动分析（基础奠定） 本部分从最基本的概念出发，重新审视伽利略和牛顿的成就。我们不仅重申了三大定律，更深入探讨了它们在不同参考系下的应用和局限性。 质量、力与加速度： 对质量、动量和力的概念进行了精确的数学描述。重点分析了保守力和非保守力的区分，以及功和能量的原理。动能定理和势能的概念被用来解决复杂的变力问题。 刚体与转动： 深入研究了物体的旋转运动，引入了角动量和转动惯量的概念。详细推导了转动定律，并讨论了定轴转动、绕定点的转动以及陀螺运动的物理内涵。刚体平衡和稳定性的分析，为工程力学奠定了基础。 万有引力与天体力学： 凯普勒定律和牛顿万有引力定律的统一性被强调。通过拉格朗日点和轨道修正等高级概念，展示了经典力学在宏观宇宙尺度上的强大解释力。对微扰理论在处理非完全可积系统中的初步应用进行了介绍。 第二部分：振动、波与相对论的萌芽（从确定性到时空观的革新） 在掌握了宏观运动的确定性描述后，本部分引入了周期性现象的研究，并开始触及经典物理学的边界。 简谐振动与阻尼： 详尽分析了简谐振动的数学描述及其物理意义。对阻尼振动和受迫振动的解析解进行了完整的推导，特别关注了共振现象的物理机制及其在工程中的重要性。 机械波的传播： 从一维波动方程出发，推广到三维空间中的声波和横波。对波的叠加原理、反射、折射和衍射现象进行了系统的几何和物理分析。本章强调了波的相速度和群速度的区别。 狭义相对论基础： 面对迈克尔逊-莫雷实验的否定性结果，本书引入爱因斯坦的两个基本假设。通过洛伦兹变换的代数推导，清晰展示了时间膨胀、长度收缩的物理效应。动量和能量的相对论修正（$E^2 = (pc)^2 + (mc^2)^2$）被严格证明，为量子力学中能量-动量关系的理解铺平了道路。 第三部分：经典电磁场论（场的概念与统一） 本部分是全书的重点之一，致力于展现电、磁、光如何被统一在麦克斯韦方程组这一精妙的框架之下。 静电学与高斯定律： 从库仑定律出发，定义了电场强度和电势。高斯定律作为电场在特定对称性下的积分形式，被用于解决一系列典型的电荷分布问题。电势的拉普拉斯方程和泊松方程在求解静电学边界值问题中的应用被详细阐述。 稳恒电流与磁场： 对稳恒电流的性质进行分析，推导出毕奥-萨伐尔定律和安培环路定律。磁场（B）与磁感应强度（H）的概念及其关系被清晰界定。霍尔效应的讨论，深化了对载流子运动的理解。 电磁感应与麦克斯韦方程组的完备性： 法拉第电磁感应定律的引入标志着电磁理论的重大突破。通过引入“位移电流”这一关键项，麦克斯韦成功地将安培定律修正并统一了四个基本方程。这四个方程（微分形式）被视为全书的核心结论之一。 电磁波的产生与性质： 从麦克斯韦方程组出发，独立推导出电磁波方程。精确计算了电磁波的速度，并证明其速度等于光速。波的能量、动量和 Poynting 矢量被引入，用于描述能量的传输和密度。本章最后讨论了平面电磁波在不同介质中的传播特性。 --- 本书特色与目标读者： 本书的编写风格严谨、推导详尽，避免了对复杂数学工具的过度依赖，力求在清晰的物理图像下展现数学工具的威力。它特别适合： 1. 大学物理专业本科生： 作为主干课程的教材，它提供了比一般入门读物更深入的数学推导和概念辨析。 2. 工科背景学生： 对于需要扎实掌握电磁学和力学基础的工程师而言，本书的场论部分尤其具有指导意义。 3. 希望系统复习经典物理学体系的自学者： 本书结构逻辑性强，章节间的衔接自然流畅，有利于构建完整的知识体系。 通过学习本书，读者将不仅掌握经典物理学的核心定律和公式，更重要的是，将学会用场的观点看待物质世界，理解从宏观运动到电磁现象的内在统一性。本书为进一步探索量子力学、固体物理或更高级的场论课程，奠定了不可或缺的知识基础。

评分☆☆☆☆☆

我一直对事物运作的底层逻辑充满好奇，而《热力学与统计学（中译本）》恰好满足了我的这种渴望。书中对“微观状态”和“宏观性质”之间关系的探讨，为我打开了一个全新的视角。它让我看到了，那些看似杂乱无章的粒子运动，是如何在统计意义上表现出稳定的宏观规律的。作者用生动的比喻和深入浅出的语言，解释了诸如玻尔兹曼熵公式这样深刻的原理。我常常被那些关于概率和涨落的讨论所吸引，它们揭示了系统在平衡态附近并非绝对静止，而是存在着微小的、随机的偏离。这本书让我意识到，即使是最稳定的系统，也可能潜藏着不确定性。读这本书的过程，就像是在探索一个充满奇妙规则的宇宙，每一个公式，每一个定律，都像是藏宝图上的一个标记，指引着我前进的方向。

评分☆☆☆☆☆

这本书带给我的，绝不仅仅是知识的堆砌，更是一种思维方式的重塑。作者用一种近乎哲学的高度，来审视热力学和统计学这两个看似独立的学科。我常常在阅读过程中停下来，思考那些关于“不可逆性”、“平衡态”以及“信息”的讨论。它让我意识到，我们日常生活中习以为常的许多现象，背后都蕴含着深刻的统计规律。比如，一杯牛奶放在那里会慢慢冷却，而不会自行升温，这其中蕴含着能量的流动方向和熵增的必然性。作者在讲解这些基本原理时，总会穿插一些引人深思的例子，让我能够从更广阔的视角去理解这些抽象的概念。虽然有些章节对于我来说仍然是“天书”，但字里行间流露出的那种对自然界本质的探索精神，深深地感染了我。我甚至开始在生活中留意一些微小的现象，尝试用书中的概念去解释它们，这让原本枯燥的学习过程变得生动有趣起来。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样一名非专业人士来说，阅读《热力学与统计学（中译本）》无疑是一次“硬核”的挑战。书中的数学推导确实相当密集，很多时候需要反复回看前面讲解的章节，才能勉强跟上作者的思路。然而，也正是这种“不妥协”的态度，让我体会到了科学研究的严谨性。作者并没有为了降低阅读门槛而牺牲内容的深度，而是希望读者能够真正地理解背后的原理。我特别佩服作者在阐释复杂概念时所展现出的清晰逻辑和条理。尽管有些公式让我头疼，但当我最终理解了它的含义后，那种成就感是无与伦比的。我至今仍记得，在某个深夜，我终于理清了某个关于自由能的推导过程，那一刻的感觉，就像打通了任督二脉一样，浑身舒畅。这本书让我明白，真正的理解，是需要付出努力和时间的。

评分☆☆☆☆☆

终于下定决心啃下这本《热力学与统计学（中译本）》。初拿到手，就被它厚重的分量和密密麻麻的公式吓得不轻。翻开第一页，扑面而来的全是严谨的数学符号和物理概念，感觉自己瞬间回到了大学时代，那个充满挑战也充满激情的课堂。我努力地想去理解作者想要传达的关于能量、熵、概率的深层含义，试图在那些看似枯燥的推导中找到那份科学的美感。虽然至今为止，大部分内容仍在我理解的边缘徘徊，但每一次的尝试，每一次对某个公式的反复琢磨，都像是在黑暗中摸索前行，虽然看不清方向，但总感觉离目标又近了一步。这本书就像一座宝藏，等待着我去一点点挖掘，去揭示它隐藏的奥秘。我尤其对其中关于微观粒子集合行为如何涌现出宏观统计规律的部分感到好奇，那种从无序到有序的转变，从个体的不确定性到整体的确定性，着实令人着迷。尽管阅读过程充满了“卡壳”，但正是这种挑战，激发了我更强烈的求知欲，让我想要不断地去攻克难关。

评分☆☆☆☆☆

尽管我还在努力消化书中的大部分内容，但《热力学与统计学（中译本）》已经在我心中播下了求知的种子。它不是一本读完就可以束之高阁的书，而更像是一本需要反复品读、时常回顾的工具书。我尤其欣赏作者在引入新概念时，总是会先给出一个直观的解释，然后再进行严谨的数学推导。这种循序渐进的方式，让我在面对庞大的信息量时，不至于感到过于 overwhelming。我开始尝试将书中介绍的统计力学方法应用到我对其他科学领域的思考中，发现许多问题都能从中找到新的理解角度。这本书让我对“熵”这个概念有了更深刻的认识，它不仅仅是“混乱度”，更是信息量、不确定性和能量不可用性的综合体现。我期待着在未来的日子里，能随着我对书本内容的深入理解，获得更丰富的洞察。