本書(shū)是為適應(yīng)新時(shí)期高等學(xué)校熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理課程的教學(xué)要求而編寫(xiě)的新型教材，可用于各種不同學(xué)時(shí)和課程深度的教學(xué)。本書(shū)在邏輯體系上進(jìn)行了一些新的嘗試，將熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理有機(jī)地融合在一起，以系綜理論為基礎(chǔ)，以宏觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)為主線，注重基本概念、基本邏輯的闡述以及數(shù)學(xué)表述的嚴(yán)謹(jǐn)性，大幅壓縮傳統(tǒng)課程中比例偏重的熱力學(xué)部分，重點(diǎn)突出熱力學(xué)勢(shì)的核心地位，同時(shí)不再將玻爾茲曼分布、玻色-愛(ài)因斯坦分布以及費(fèi)米-狄拉克分布當(dāng)作最概然統(tǒng)計(jì)來(lái)介紹，而是將它們當(dāng)作系綜統(tǒng)計(jì)在統(tǒng)計(jì)獨(dú)立子系上的直接應(yīng)用來(lái)講授。此外，在涉及非平衡宏觀系統(tǒng)的部分還加入了一些較新的進(jìn)展。
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目錄
出版說(shuō)明
前言
第1章 熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理的基本知識(shí)/1
1.1 物理系統(tǒng)及其狀態(tài)描述/1
1.2 微觀系統(tǒng)的狀態(tài)空間/3
1.2.1 單粒子系統(tǒng)/3
1.2.2 多粒子系統(tǒng)/9
1.3 宏觀系統(tǒng)的狀態(tài)空間/12
1.3.1 微觀態(tài)空間/13
1.3.2 微觀態(tài)計(jì)數(shù)與微觀態(tài)求和/15
1.3.3 宏觀態(tài)/18
1.4 宏觀系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)描述/20
1.4.1 經(jīng)典描述/21
1.4.2 量子描述/29
1.4.3 代表點(diǎn)、微觀狀態(tài)數(shù)與態(tài)密度/32
1.4.4 經(jīng)典–量子對(duì)應(yīng)/36
1.5 聯(lián)系微觀與宏觀的紐帶——熵/36
1.5.1 熵的定義/36
1.5.2 熵增加原理與宏觀平衡條件/38
1.6 宏觀過(guò)程/45
第1章 習(xí)題/48
第2章 熱力學(xué)基本規(guī)律/50
2.1 熱力學(xué)第一定律/50
2.2 熱力學(xué)第二定律/54
2.2.1 熱力學(xué)第二定律的表述與卡諾定理/54
2.2.2 克勞修斯不等式/59
2.3 熱力學(xué)勢(shì)與封閉系的熱力學(xué)關(guān)系/60
2.3.1 熱力學(xué)勢(shì)/60
2.3.2 封閉系的熱力學(xué)函數(shù)關(guān)系/63
2.3.3 宏觀態(tài)空間的結(jié)構(gòu)/65
2.4 過(guò)程參量/66
2.5 開(kāi)放系的熱力學(xué)/69
2.5.1 開(kāi)放系熱力學(xué)的基本微分關(guān)系/69
2.5.2 吉布斯–杜安方程/71
2.6 熱力學(xué)平衡的穩(wěn)定性/75
2.6.1 平衡穩(wěn)定性判據(jù)/75
2.6.2 封閉系熱力學(xué)平衡的穩(wěn)定性條件/77
2.7 熱力學(xué)第三定律/81
第2章 習(xí)題/86
第3章 統(tǒng)計(jì)系綜與統(tǒng)計(jì)平均/88
3.1 孤立系與微正則系綜/89
3.1.1 微正則系綜/89
3.1.2 孤立系的最大熵定理/93
3.2 封閉系與正則系綜/94
3.2.1 正則系綜的分布函數(shù)/94
3.2.2 統(tǒng)計(jì)平均值與熱力學(xué)勢(shì)的計(jì)算/97
3.2.3 封閉系的最大熵定理/99
3.3 開(kāi)放系與巨正則系綜/100
3.3.1 巨正則系綜的分布函數(shù)/100
3.3.2 統(tǒng)計(jì)平均值與熱力學(xué)勢(shì)的計(jì)算/104
3.4 巨正則系綜的應(yīng)用實(shí)例：玻爾茲曼分布/106
3.5 圍繞平衡態(tài)的漲落/111
3.5.1 漲落的概率分布/111
3.5.2 漲落的計(jì)算實(shí)例/113
第3章 習(xí)題/117
第4章 氣體/119
4.1 理想氣體的經(jīng)典描述/119
4.1.1 經(jīng)典描述下單原子分子理想氣體的系綜理論/120
4.1.2 多原子分子理想氣體與氣體熱容量的經(jīng)典描述/123
4.1.3 經(jīng)典描述下多原子分子理想氣體的系綜理論/124
4.2 理想氣體的量子描述/126
4.2.1 平動(dòng)熱容/127
4.2.2 轉(zhuǎn)動(dòng)熱容/129
4.2.3 振動(dòng)熱容/130
4.2.4 雙原子分子理想氣體等容熱容的完整理論/131
4.3 非理想氣體/133
4.3.1 位形配分函數(shù)與位力系數(shù)/133
4.3.2 非理想氣體的狀態(tài)函數(shù)/135
4.4 中性氣態(tài)等離子體/136
第4章 習(xí)題/140
第5章 固體/142
5.1 晶格振動(dòng)的力學(xué)描述/142
5.1.1 德拜溫度與德拜截止頻率/142
5.1.2 經(jīng)典力學(xué)下的晶格振動(dòng)/144
5.1.3 關(guān)于振動(dòng)模式求和的對(duì)應(yīng)原理/148
5.1.4 哈密頓表述及量子化/149
5.1.5 關(guān)于晶格結(jié)構(gòu)與色散關(guān)系的進(jìn)一步討論/151
5.2 固體熱性質(zhì)的經(jīng)典描述/154
5.3 固體熱性質(zhì)的量子描述/157
第5章 習(xí)題/163
第6章 量子統(tǒng)計(jì)與量子氣體/165
6.1 玻色–愛(ài)因斯坦分布與費(fèi)米–狄拉克分布/166
6.2 簡(jiǎn)并量子氣體的宏觀狀態(tài)函數(shù)/170
6.2.1 簡(jiǎn)并費(fèi)米氣體/172
6.2.2 強(qiáng)簡(jiǎn)并玻色氣體與玻色–愛(ài)因斯坦凝聚/178
6.2.3 任意簡(jiǎn)并程度的量子氣體/181
6.3 金屬導(dǎo)體中的自由電子氣體與金屬的熱容理論/184
6.4 光子氣體與聲子氣體/187
6.4.1 光子氣體/187
6.4.2 聲子氣體/190
第6章 習(xí)題/192
第7章 電介質(zhì)和磁介質(zhì)/194
7.1 電介質(zhì)和磁介質(zhì)的熱力學(xué)/194
7.1.1 電介質(zhì)的熱力學(xué)/194
7.1.2 磁介質(zhì)的熱力學(xué)/198
7.2 極性分子氣體及其在外電場(chǎng)下的電極化現(xiàn)象/202
7.3 順磁現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)解釋/206
7.3.1 順磁氣體/206
7.3.2 順磁固體/211
7.4 能量上限與負(fù)溫度狀態(tài)/213
7.5 電子回旋與抗磁現(xiàn)象/215
7.5.1 電子回旋運(yùn)動(dòng)的量子力學(xué)描述/215
7.5.2 朗道抗磁性的統(tǒng)計(jì)物理解釋/217
第7章 習(xí)題/222
第8章 非平衡熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理簡(jiǎn)介/224
8.1 非平衡系統(tǒng)的分布函數(shù)與BBGKY級(jí)列/224
8.2 玻爾茲曼方程與細(xì)致平衡條件/228
8.2.1 經(jīng)典非平衡氣體的玻爾茲曼方程/228
8.2.2 外場(chǎng)中金屬導(dǎo)體內(nèi)的非平衡電子氣體的玻爾茲曼方程/234
8.2.3 真空中的非平衡氣態(tài)等離子體與弗拉索夫方程/235
8.3 彈性散射與H定理/237
8.4 弛豫時(shí)間近似/240
8.5 經(jīng)典非平衡氣體的粒子數(shù)和能量輸運(yùn)/241
8.5.1 玻爾茲曼方程的近似解/241
8.5.2 粒子數(shù)和能量輸運(yùn)的輸運(yùn)系數(shù)/244
8.6 金屬導(dǎo)體中非平衡電子氣體的輸運(yùn)理論/245
8.6.1 外電場(chǎng)作用下分布函數(shù)的近似解/245
8.6.2 電、磁場(chǎng)同時(shí)存在時(shí)分布函數(shù)的近似解/247
8.6.3 非平衡電子氣體中的輸運(yùn)現(xiàn)象與輸運(yùn)系數(shù)/249
8.7 非磁化等離子體中的電子振蕩與朗道阻尼/251
8.8 局部平衡與局部熵產(chǎn)生/258
8.8.1 局部熱力學(xué)關(guān)系式與局部熵產(chǎn)生率/258
8.8.2 昂薩格倒易關(guān)系/260
8.9 線性響應(yīng)與漲落耗散定理/262
8.10 位形空間中的非平衡分布與�？藸�-普朗克方程/269
8.11 漲落定理/272
8.11.1 外力驅(qū)動(dòng)下封閉系統(tǒng)的力學(xué)描述/273
8.11.2 伊文思-賽爾斯?jié)q落定理/275
8.11.3 賈金斯基等式與克魯克斯?jié)q落定理/277
第8章 習(xí)題/280
第9章 相變與化學(xué)反應(yīng)/281
9.1 單元系中的相變/282
9.1.1 單元系的復(fù)相平衡與相變的分類/282
9.1.2 范德瓦耳斯系統(tǒng)與氣液相變/284
9.1.3 伊辛模型與平均場(chǎng)近似/292
9.1.4 朗道理論與金茲堡–朗道理論/295
9.2 多元系中的（廣義）化學(xué)反應(yīng)/300
9.2.1 化學(xué)平衡條件/300
9.2.2 質(zhì)量作用律/303
9.2.3 化學(xué)之外的 “化學(xué)平衡”/304
9.3 吉布斯相律/308
第9章 習(xí)題/312
第10章 液體/313
10.1 經(jīng)典液體/314
10.1.1 不可壓縮流體的納維–斯托克斯方程/314
10.1.2 流體力學(xué)方程的統(tǒng)計(jì)物理起源/317
10.1.3 可壓縮性與液體中的聲速/318
10.2 朗道費(fèi)米液體理論簡(jiǎn)介/320
10.2.1 朗道費(fèi)米液體的平衡態(tài)性質(zhì)/320
10.2.2 費(fèi)米液體的非平衡態(tài)性質(zhì)/327
10.3 非費(fèi)米量子液體/330
10.3.1 液態(tài)4He與朗道超流理論/330
10.3.2 拉廷格液體簡(jiǎn)介/335
第10章 習(xí)題/340
參考文獻(xiàn)/341
附錄A 數(shù)學(xué)附錄/343
A.1 Γ函數(shù)與黎曼ζ函數(shù)/343
A.1.1 Γ函數(shù)/343
A.1.2 黎曼ζ函數(shù)/344
A.2 常用積分公式/345
A.2.1 高斯積分/345
A.2.2 幾個(gè)特殊類型的積分/347
A.3 正態(tài)分布/350
A.4 高維單位球的面積/351
A.5 連乘積求和規(guī)則/352
A.6 勒讓德變換/353
A.7 歐拉–麥克勞林公式與斯特林公式/354
A.7.1 歐拉–麥克勞林公式/354
A.7.2 斯特林公式/356
A.8 隱函數(shù)求導(dǎo)法則/358
A.9 置換群及其全對(duì)稱、全反對(duì)稱表示簡(jiǎn)介/358
附錄B 關(guān)于廣延參量與強(qiáng)度參量/362
附錄C 物理常量/364
插圖列表/365
符號(hào)索引/367
人名索引/369
術(shù)語(yǔ)索引/372
后記/376
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