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翟玉春 著

图书标签:

• 非平衡态热力学
• 热力学
• 统计物理
• 相变
• 输运现象
• 复杂系统
• 非线性动力学
• 物理化学
• 材料科学
• 熵增原理

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030513922

版次：31

商品编码：12089253

包装：平装

丛书名： 现代物理基础丛书

开本：32开

出版时间：2017-05-01

页数：244

正文语种：中文

内容简介

近平衡态热力学：熵增率、守恒方程、线性唯象方程、近平衡体系的性质；远离平衡态热力学：远离平衡态体系的性质、非线性唯象方程；在热传导、扩散和化学反应的应用。近平衡态热力学：熵增率、守恒方程、线性唯象方程、近平衡体系的性质；远离平衡态热力学：远离平衡态体系的性质、非线性唯象方程；在热传导、扩散和化学反应的应用。

目录

前言
绪论

第1章 非平衡态线性热力学理论概述
1.1 非平衡态线性热力学理论的建立
1.1.1 不可逆过程理论——唯象定律
1.1.2 不可逆性判据
1.1.3 熵增率和线性方程
1.2 昂萨格定理及其证明
1.2.1 昂萨格定理
1.2.2 涨落理论
1.2.3 昂萨格倒易关系
1.3 非平衡态热力学的基本假设
1.3.1 局部平衡假设
1.3.2 熵增率不为负数
1.3.3 “通量”和“力”之间呈线性关系

第2章 守恒方程
2.1 质量守恒方程
2.1.1 化学反应的质量守恒
2.1.2 既有化学反应又有传质过程的质量守恒方程
2.1.3 质心速度为v的质量守恒（观察者在质心坐标上）
2.1.4 以质量分数表示的质量守恒方程
2.1.5 局部量对时间的全微商
2.2 运动方程
2.2.1 运动方程
2.2.2 质心运动的动能平衡方程
2.3 势能平衡方程
2.4 能量守恒方程
2.4.1 总能量守恒方程
2.4.2 内能平衡方程

第3章 熵定律与熵平衡
3.1 热力学第二定律
3.1.1 热力学第二定律的局部表示
3.1.2 单位质量的熵对时间的全微商
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 熵产生的其他表达式
3.3.1 不同热流定义下的熵产生
3.3.2 含有熵流项的熵产生
3.4 动能的扩散
3.4.1 新内能定义下的熵平衡方程
3.4.2 熵平衡方程的具体表达式

第4章 唯象方程和唯象系数
4.1 唯象方程
4.1.1 居里定理
4.1.2 唯象方程的表达式
4.1.3 独立的唯象系数
4.2 对唯象系数的限制
4.2.1 热力学第二定律对唯象系数的限制
4.2.2 居里定理对唯象系数的限制
4.3 考虑黏滞现象的熵增率和唯象方程
4.3.1 考虑黏滞现象的熵增率
4.3.2 考虑黏滞现象的唯象方程
4.3.3 其他形式的熵增率和唯象方程
4.4 传输原理——非平衡态流体热力学
4.4.1 考虑耦合效应的质量守恒方程
4.4.2 考虑耦合效应的运动方程
4.4.3 考虑耦合效应的内能平衡方程

第5章 恒定状态
5.1 力学平衡
5.2 最小熵增率原理和定态的稳定性
5.2.1 最小熵增率的状态是恒定状态
5.2.2 定态的稳定性
5.2.3 定态的级
5.3 不具有最小熵增率的恒定状态
5.4 定态中的熵流

第6章 非平衡非线性热力学
6.1 远离平衡体系的唯象方程
6.2 远离平衡态的非线性热力学
6.2.1 恒温体系的反应-传质方程
6.2.2 非恒温体系的反应-传质方程
6.3 远离平衡的体系的性质
6.3.1 一般发展判据
6.3.2 超熵增率
6.3.3 远离平衡体系状态的稳定性——耗散结构
6.4 体系定态稳定性判据的应用
6.4.1 只存在扩散的体系
6.4.2 只存在单一化学反应的体系
6.4.3 既有扩散又有单一化学反应的体系
6.5 非平衡体系发生不可逆过程的稳定和失稳的判定

第7章 不连续体系的守恒定律和唯象方程
7.1 守恒定律
7.1.1 质量守恒
7.1.2 能量守恒
7.2 熵定律与熵平衡
7.2.1 熵增率
7.2.2 两种特殊体系的熵增率
7.3 唯象方程与昂萨格关系
7.3.1 不受外力，有化学反应发生的n元体系
7.3.2 存在静电力，温度、浓度均匀的无化学反应发生的n元体系
7.4 远离平衡体系的唯象方程
7.4.1 不受外力，有化学反应发生的n元体系
7.4.2 存在静电力，温度、浓度均匀的无化学反应发生的n元体系

第8章 热传导与扩散
8.1 热传导
8.1.1 近平衡体系的热传导
8.1.2 远离平衡体系的热传导
8.2 扩散
8.2.1 扩散流量和唯象方程
8.2.2 远离平衡状态的扩散
8.2.3 菲克定律
8.2.4 菲克定律的推广
8.3 二元系中的扩散
8.3.1 唯象方程和扩散系数
8.3.2 封闭体系中的扩散——菲克第二定律
8.4 多元体系中的扩散
8.4.1 选择不同参考速度的扩散流量
8.4.2 菲克第二定律
8.4.3 在三元系中的应用
8.5 索瑞效应（热扩散）和杜伏效应
8.5.1 索瑞效应和杜伏效应简介
8.5.2 在二元系中的应用

第9章 化学反应的耦合
9.1 化学反应的进度
9.1.1 单一化学反应的进度
9.1.2 多个化学反应共存的多元系中化学反应的进度
9.2 化学反应耦合的热力学
9.2.1 浓度以质量分数表示
9.2.2 浓度以物质的量浓度表示
9.3 化学反应耦合的动力学
9.3.1 浓度以质量分数表示的动力学方程
9.3.2 浓度以物质的量浓度表示的动力学方程
9.4 在多个子体系中，独自进行化学反应的耦合的动力学
9.4.1 在多个子体系中，各自进行一个化学反应
9.4.2 在多个子体系中，各自进行多个化学反应

第10章 化学反应
10.1 气相反应
10.1.1 只有一个化学反应
10.1.2 同时发生多个化学反应
10.1.3 应用实例
10.2 均-液相反应
10.2.1 只有一个化学反应
10.2.2 同时发生多个化学反应
10.2.3 高锰酸钠氧化水中苯酚的动力学
10.3 气-液相反应
10.3.1 只有一个化学反应
10.3.2 同时发生多个化学反应
10.4 气-固相反应
10.4.1 只有一个化学反应
10.4.2 同时发生多个化学反应
10.4.3 二氧化钛加碳氯化反应
10.5 液-液相反应
10.5.1 只有一个化学反应
10.5.2 同时有多个化学反应
10.5.3 渣-金反应——氧化锰还原反应
10.6 液-固相反应
10.6.1 只有一个化学反应
10.6.2 同时有多个化学反应
10.6.3 锌精矿的浸出
10.7 固-固相反应
10.7.1 只有一个化学反应
10.7.2 同时有多个化学反应
10.7.3 SiO2与BaCO3反应

第11章 化学反应和扩散共存的体系中的耦合
11.1 单一化学反应和扩散同时存在的体系
11.1.1 组成以质量分数表示
11.1.2 组成以物质的量浓度表示
11.2 多个化学反应和扩散同时发生的体系
11.2.1 浓度以质量分数表示
11.2.2 组成以物质的量浓度表示
11.3 在多个子体系中，各自独立地进行一个化学反应，同时有扩散
11.3.1 浓度以质量分数表示
11.3.2 组成以物质的量浓度表示
11.4 在多个子体系中，各自进行多个化学反应，同时有扩散发生
11.4.1 浓度以质量分数表示
11.4.2 组成以物质的量浓度表示
主要参考文献
附录 场论和张量基础
1.1 标量场的梯度
1.1.1 场的定义
1.1.2 方向导数
1.1.3 梯度
1.1.4 哈密顿算符及梯度的基本公式
1.2 矢量场的散度
1.2.1 通量
1.2.2 散度
1.2.3 散度的基本公式
1.3 矢量场的旋度
1.3.1 环量及环量强度
1.3.2 旋度
1.3.3 旋度的运算公式
1.4 拉氏算符与格林公式
1.4.1 拉氏算符
1.4.2 格林公式
1.4.3 其他几个公式
1.5 张量
1.5.1 二阶张量的引入
1.5.2 标量、矢量和张量的变换
1.5.3 几种特殊的张量
1.6 张量的代数运算
1.6.1 张量相加减
1.6.2 标量与张量相乘
1.6.3 张量与矢量的点乘
1.6.4 张量与矢量的叉乘
1.6.5 张量与张量的点乘
1.6.6 矢量的外积
1.6.7 单位张量
1.7 张量的微积分
1.7.1 张量场
1.7.2 张量的梯度
1.7.3 张量的散度
1.7.4 张量积分的变换公式
《现代物理基础丛书》已出版书目

《宇宙的结构与演化：从量子泡沫到宏大尺度》 图书简介 本书旨在为对宇宙学和粒子物理学前沿交叉领域感兴趣的读者提供一个全面而深入的视角。我们不再局限于单一学科的视野，而是试图搭建一座桥梁，连接描述物质最微小尺度的量子场论与刻画星系、黑洞及宇宙整体命运的广义相对论。全书核心围绕宇宙从大爆炸奇点到当前加速膨胀阶段的演化历史，重点探讨在这些极端环境下，物理定律如何展现出与我们日常经验截然不同的面貌。 第一部分：基础的重塑——时空的几何与物质的形态 本部分将回顾现代物理学的两大支柱，并着重于如何将它们在极端高能环境下进行统一思考。我们首先从爱因斯坦的广义相对论出发，详细剖析黎曼几何在描述时空弯曲中的核心作用。我们将深入探讨度规张量、测地线方程以及爱因斯坦场方程的物理意义，尤其关注这些方程在描述强引力场——如黑洞视界附近——时的应用。黑洞的形成、史瓦西解与克尔解的物理特性，以及信息悖论的引入，将作为检验经典引力理论极限的关键案例。 随后，我们将转向描述基本粒子和力的量子场论（QFT）。本书将侧重于对标准模型的概念性阐述，而非繁复的数学推导。我们将探讨规范对称性在构建基本相互作用中的基础性作用，特别是量子电动力学（QED）的成功以及量子色动力学（QCD）在夸克和胶子束缚态形成中的复杂性。对费曼图的引入，旨在提供一种直观理解粒子间相互作用概率的方法。此部分的目的，是为后续讨论宇宙早期高能物理现象奠定必要的理论基础。 第二部分：创世的瞬间——宇宙暴胀与早期物理 宇宙的起源是现代宇宙学最引人入胜的谜题之一。本部分将详尽分析“暴胀理论”的必要性及其解决标准大爆炸模型中视界问题和奇点问题的机制。我们将详细探讨暴胀模型中的标量场——暴胀子——的动力学行为，分析其势能景观如何驱动时空经历指数级的快速膨胀。 更进一步，我们将讨论暴胀结束后，宇宙如何从一个极热、致密的量子场态冷却并转化为充斥着基本粒子的等离子体，即“再加热”过程。这部分内容将深入到高能物理的边界，探讨重子不对称性的起源。为什么物质多于反物质？我们将审视萨哈罗夫三条件，并考察在早期宇宙中可能发生的各种CP破坏机制，例如某些特定类型的轻子数守恒被破坏的反应。 第三部分：结构的诞生——从等离子体到星系 当宇宙温度下降到足以允许质子和中子形成稳定原子核时，宇宙的命运被早期核合成（BBN）所决定。本部分将精确分析BBN的物理条件，计算出宇宙中轻元素（主要是氢、氦和锂）的丰度，并将其与实际观测结果进行比对，这被认为是标准大爆炸模型的关键证据之一。 随后，我们将进入“复合时期”（Recombination）。在这一阶段，自由电子与原子核复合形成中性原子，使得光子得以自由传播。我们对这一事件的精确建模，直接导向了宇宙微波背景辐射（CMB）的形成。本书将详细解读CMB的观测数据，特别是其微小的温度起伏（各向异性）。这些起伏是宇宙中物质密度初始涨落的直接遗迹，它们是后续结构形成的种子。我们将阐述量子涨落如何通过暴胀被放大，并最终演化为我们今天观察到的星系团和宇宙网的结构。 第四部分：引力的统治——暗物质、暗能量与宇宙的终局 本书的最后部分聚焦于支配宇宙当前和未来状态的两种神秘成分：暗物质和暗能。 我们将首先考察暗物质的间接证据——从星系旋转曲线到引力透镜效应，再到对星系团动力学的分析。我们不会局限于WIMP（弱相互作用重粒子）模型，而是广泛讨论各种候选理论，包括轴子、惰性中微子，并探讨未来实验（如直接探测和间接湮灭信号）的潜力。 接下来是关于暗能量的深入讨论。暗能量的发现彻底改变了我们对宇宙命运的预测。我们将详细分析观测到的宇宙加速膨胀的证据，并重点剖析最主流的解释——宇宙学常数（$Lambda$）。同时，我们也会探讨替代性的引力修改理论（如$f(R)$引力）如何尝试在不引入新物质的情况下解释加速膨胀。 最终，我们将探讨基于不同暗能量模型的宇宙终局预测：是“大撕裂”（Big Rip）、“热寂”（Heat Death）还是“大反弹”（Big Bounce）？通过整合广义相对论、量子场论以及最精确的宇宙学观测数据，本书力求为读者构建一个统一且动态的宇宙图像，揭示我们身处其中的这个宏大结构是如何从无到有，并最终走向其必然的归宿。 本书适合具有高等物理或数学背景，并对宇宙学、粒子物理学前沿交叉领域抱有浓厚研究兴趣的本科高年级学生、研究生以及专业研究人员阅读。

评分☆☆☆☆☆

这绝对是一本能够彻底颠覆你固有认知模式的书籍。初读之下，你会发现它所描绘的世界，与你熟悉的物理学常识有着天壤之别。书中对于“动态平衡”和“耗散”的深入解析，让你开始质疑那些习以为常的“稳定”状态。我尤其被书中对于“熵”的全新诠释所吸引，它不再仅仅是“混乱度”的度量，而是成为驱动系统演化的根本动力。书中对生命现象的解释，更是让我大开眼界，仿佛看到了一个隐藏在繁杂生命活动背后的宏大逻辑。作者用一种极其个人化的笔触，将那些复杂的理论，转化为一种引人入胜的故事。我时常会因为某个精彩的论证而感到振奋，也时常会因为某个深刻的见解而陷入沉思。这本书的价值，不在于提供现成的答案，而在于引导你去提出更深刻的问题，去探索更广阔的未知。它就像一位睿智的导师，不断地挑战你的思维极限，让你看到一个更加丰富和动态的宇宙。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验，更像是一次艰苦卓绝的登山之旅。攀登的不仅仅是知识的山峰，更是思想的 Everest。书中的数学推导和物理概念，无疑是陡峭而艰难的，但每一次克服一个难点，都能收获更加开阔的视野。作者并没有回避这些挑战，而是以一种循序渐进的方式，引导读者逐步深入。我尤其欣赏书中关于“信息”与“熵”之间关系的论述，它为我理解复杂系统提供了一种全新的视角。这本书让我意识到，我们所处的宇宙，并非静止不变，而是时刻处于动态的演化之中。而这种演化，正是由能量的流动和物质的转化所驱动的。阅读过程中，我时常会感到一种深深的敬畏，敬畏于宇宙的奥秘，也敬畏于人类探索未知世界的勇气。这本书并非为休闲阅读而设计，但对于那些渴望挑战自我、拓展认知边界的读者来说，它绝对是一份不可多得的精神食粮。

评分☆☆☆☆☆

这是一本挑战认知边界的读物。初翻开它，就仿佛置身于一个截然不同的物理世界，与我们日常熟悉的平衡态截然不同。书中对熵增、耗散结构、涨落等概念的深入剖析，让我对“无序”的本质有了全新的理解。它不仅仅是理论的堆砌，更像是打开了一扇观察宇宙演化宏大图景的窗口。我惊叹于作者如何将如此抽象的概念，通过清晰的逻辑链条和严谨的数学推导，变得触手可及。例如，在描述耗散结构形成时，书中列举的从生物体的自我组织到气候模式的演变，都让我感到豁然开朗。这并非一本轻松的读物，需要沉下心来，反复咀嚼，才能体会其中蕴含的深刻哲理。但恰恰是这种挑战，带来了巨大的智力上的满足感。它迫使我重新审视很多习以为常的现象，比如生命为何能够持续存在，以及宇宙为何会走向复杂。我开始意识到，平衡态只是一个暂时的、静态的描述，而真正的动态世界，正是在不断的非平衡态中孕育和发展。这本书让我看到，即便是在看似混乱无序的过程中，也存在着深刻的规律和秩序。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对科学哲学颇感兴趣的读者，这本书为我提供了一个全新的视角来审视科学理论的本质。它没有局限于某个具体的学科领域，而是触及了热力学最根本的原理，并将其推向了更广阔的舞台。书中对于“不可逆性”的探讨，让我重新认识了时间在物理过程中的核心作用。我惊叹于作者如何将如此抽象的概念，通过严谨的逻辑和深刻的洞察，勾勒出非平衡态过程的普适性。我尤其欣赏书中对于“自组织”现象的阐述，它解释了为何在看似随机的粒子碰撞中，能够涌现出如此有序和复杂的结构。这让我联想到许多自然界中的奇妙现象，比如雪花的形成、河流的蜿蜒，甚至生物体的进化，似乎都能在非平衡态热力学的框架下找到合理的解释。这本书让我感受到，科学的魅力不仅在于发现规律，更在于理解规律背后的深刻哲学意义。它鼓励我去思考，那些看似偶然的事件，是否也蕴藏着某种必然的逻辑。

评分☆☆☆☆☆

我一直对宇宙的终极命运充满好奇，而这本书就像一把钥匙，为我打开了探索这个宏大命题的一扇门。它没有提供简化的答案，而是引领我深入到非平衡态热力学的复杂海洋中。书中的一些讨论，比如关于“普适”的非平衡态定律，以及它们如何影响宇宙的宏观演化，让我既感到震撼又充满启发。作者用一种非常人性化的方式，将那些看似高深莫测的数学公式和物理原理，转化为能够引起读者共鸣的生动叙述。我特别喜欢书中关于“时间之箭”的讨论，它不仅仅是一个物理学概念，更触及了我们对时间流逝的哲学思考。这本书让我意识到，我们所经历的每一个瞬间，都充满了能量的流动和转化，而这些流动和转化，正是驱动宇宙不断前进的根本动力。阅读过程中，我时常会停下来，眺望窗外的星空，想象着那些遥远的星系，是否也同样遵循着非平衡态的法则。这本书的阅读体验，与其说是在获取知识，不如说是一种精神上的洗礼，它让我更加敬畏宇宙的浩瀚与神秘。