理论物理（第五册）：热力学、气体运动论及统计力学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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吴大猷 著

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• 理论物理
• 热力学
• 气体运动论
• 统计力学
• 物理学
• 高等教育
• 教材
• 第五版
• 朗道
• 科尔什

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030290274

版次：1

商品编码：12132584

包装：精装

丛书名： 经典文库

开本：16开

出版时间：1983-08-01

用纸：胶版纸

页数：330

字数：416000

正文语种：中文

内容简介

　　《理论物理（第五册）：热力学、气体运动论及统计力学》为著名物理学家吴大猷先生的著述《理论物理》（共七册）的第五册。《理论物理》是作者根据长期所从事的教学实践编写的一部比较系统全面的大学物理学教材。《理论物理（第五册）：热力学、气体运动论及统计力学》包括热力学、气体运动论及统计力学三部分，用宏观的和微观的观点，研究物理体系宏观系统的性质。本册共分21章；第1～6章为热力学部分；第7～14章为气体运动论部分；第15～21章为统计力学部分.在多数章末还附有习题供读者研讨和学习。
　　《理论物理（第五册）：热力学、气体运动论及统计力学》根据中国台湾联经出版事业公司的原书翻印出版，作者对原书作了部分更正，李政道教授为《理论物理（第五册）：热力学、气体运动论及统计力学》的出版写了序言，我们对原书中一些印刷错误也作了订正。《理论物理（第五册）：热力学、气体运动论及统计力学》可供高等院校物理系师生教学参考，也可供研究生阅读。

内页插图

目录

序言
总序
引言
参考文献

第一部分 热力学
第1章 引论
1．1 一些巨观的观念：平衡态，温度，热力学第零定律
1．1．1 物理系统
1．1．2 平衡态
1．1．3 态函数
1．1．4 热力学第零定律
1．1．5 温度
1．1．6 态函数与非态函数
1．2 一些巨观的系数
1．2．1 等压（isobaric，或isopiestic）变迁：膨胀系数α
1．2．2 等容积（isochoric，或isopycnic，或isosteric）变迁：压力系数β
1．2．3 等温（isothermal）变迁：压缩系数κ
1．2．4 体积弹性系数B（bulk modulus）
1．3 外延量与内含量（extensive and intensive quantity）
习题
第2章 热力学第一定律
2．1 第一定律：能之守恒
2．2 第一定律的应用：气体的比热
2．3 焓
2．4 绝热过程：比热cp，cV
2．5 第一定律于热力化学之应用
2．5．1 物态的变迁
2．5．2 溶解及稀释
2．5．3 化学反应
2．5．4 周环的过程
第3章 热力学第二定律
3．1 可逆及不可逆过程
3．1．1 气体的绝热压缩及膨胀
3．1．2 气体的等温压缩及膨胀
3．1．3 气体的“自由膨胀”
3．1．4 热的传导
3．1．5 摩擦生热
3．1．6 气体扩散
3．2 热力学第二定律
3．3 Carnot循环过程
3．4 绝对温度标
3．5 熵
3．6 可逆的绝热过程，δQ=0，dS=0
3．7 熵与第二定律
3．8 气体扩散混合之熵改变
3．9 热力学函数与第二定律
3．9．1 热力学函数及微分关系
3．9．2 第二定律
3．1 0第二定律的应用
3．1 1Joule-Thomson实验——冷却机原理
3．1 2磁性
3．1 2．1 顺磁性物体，如稀有土属原子，氧O2，NO2分子等
3．1 2．2 铁磁性，如铁，镍，钴等
3．1 2．3 磁比热
3．1 2．4 以绝热消磁化（demagnetization）产生低温度法
附录热力学函数
习题
第4章 热力平衡
4．1 热力平衡的条件
4．2 外力场下的热力平衡
4．3 相转变
4．3．1 第一阶相转变
4．3．2 第二阶相转变
4．4 相转变——van der Waals气体
4．5 Gibbs之相定则
……
第二部分 气体运动论
第三部分 统计力学
索引

前言/序言

　　吴大猷先生是国际著名的学者，在中国物理界，是和严济慈、周培源、赵忠尧诸教授同时的老前辈，他的这一部《理论物理》，包括了“古典”至“近代”物理的全貌。1977年初，在中国台湾陆续印出，这几年来对该省和东南亚的物理教学界起了很大的影响.现在中国科学院，特别是由于卢嘉锡院长和钱三强、严东生副院长的支持，决定翻印出版，使全国对物理有兴趣者，都可以阅读参考。
　　看到了这部巨著，联想起在1945年春天，我初次在昆明遇见吴老师，很幸运地得到他在课内和课外的指导，从“古典力学”学习起至“量子力学”，其经过就相当于念吴老师的这套丛书，由第一册开始，直至第七册，在昆明的这一段时期是我一生学物理过程中的大关键，因为有了扎实的根基，使我在1946年秋入芝加哥大学，可立刻参加研究院的工作。
　　1933年吴老师得密歇根大学的博士学位后，先留校继续研究一年，翌年秋回国在北大任教，当时他的学生中有马仕俊、郭永怀、马大猷、虞福春等，后均致力物理研究有成.抗战期间，吴老师随北大加入西南联大，这一段时期的生活是相当艰苦的，但是中国的学术界，还是培养和训练了很多优秀青年，下面的几段是录自吴老师的《早期中国物理发展之回忆》一书：
　　“组成西南联大的三个学校，各有不同的历史。……北京大学规模虽大，资望也高，但在抗战时期中，除了有很小数目的款，维持一个‘北京大学办事处'外，没有任何经费作任何研究工作的。在抗战开始时，我的看法是以为应该为全面抗战，节省一切的开支，研究工作也可以等战后再作，但抗战久了，我的看法便改变了，我渐觉得为了维持从事研究者的精神，不能让他们长期地感到无法工作的苦闷。为了培植及训练战后恢复研究工作所需的人才，应该在可能情形下，有些研究设备，西南联大没有此项经费，北大也无另款.……我知道只好尽自己个人的力量做一点点工作了。……请北大在岗头村租了一所泥墙泥地的房子做实验室，找一位助教，帮着我把三棱柱放在木制架上拼成一个最原始形的分光仪，试着做些‘拉曼效应'的工作”。
　　“我想在二十世纪，在任何实验室，不会找到一个拿三棱柱放在木架上做成的分光仪的了。我们用了许多脑筋，得了一些结果。……”
　　“1941年秋，有一位燕京大学毕业的黄昆，要来北大当研究生随我工作，他是一位优秀的青年，我接受了他，让他半时作研究生，半时作助教，可以得些收入，那年上学期我授‘古典力学'，下学期授‘量子力学'。班里优秀学生如杨振宁、黄昆、黄授书、张守廉等可以说是一个从不易见的群英会。……”
　　“1945年日本投降前，是生活最困难的时期。每月发薪，纸币满箱.因为物价飞跃，所以除了留些做买菜所需外，大家都立刻拿去买了不易坏的东西，如米、炭等。……我可能是教授中最先摆地摊的，……抗战初年，托人由香港、上海带来的较好的东西，陆续地都卖去了，等到1946年春复员离昆明时，我和冠世的东西两个手提箱便足够装了。”

经典力学与电动力学：构建现代物理学的基石 本卷聚焦于理论物理学的核心分支——经典力学与电动力学。这两大理论体系构成了我们理解宏观世界运动规律和电磁现象的基石，是通往更深层次量子力学和相对论的必经之路。全书旨在为读者提供一套严谨、深入且逻辑清晰的理论框架，帮助掌握自牛顿力学到麦克斯韦电磁场的完整发展脉络和数学工具。 第一部分：高级经典力学——从牛顿到拉格朗日与哈密顿 经典力学不仅是描述物体运动的入门工具，更是现代物理学所有理论表述的基础范式。本部分将超越初级牛顿力学的范畴，深入探讨更具普适性和数学优雅性的分析力学体系。 第一章：经典力学的重新审视与坐标变换 本章首先回顾了牛顿定律在直角坐标系下的应用局限性，随后引入了约束运动的概念，为广义坐标系的引入做铺垫。我们详细讨论了在非惯性系（如旋转参考系）中引入虚拟力和有效势的必要性，并对角动量守恒的深刻意义进行了几何学和动力学层面的阐述。 第二章：拉格朗日力学——能量的语言 拉格朗日力学是分析力学的核心。本章的核心在于介绍达朗贝尔原理及其在保守系统中的推广——最小作用量原理（或称哈密顿原理）。 详细推导了欧拉-拉格朗日方程，并展示了如何利用广义坐标 $q_i$ 和广义速度 $dot{q}_i$ 来简洁地描述复杂系统的动力学行为。我们着重分析了拉格朗日函数 $L = T - V$ 的构造方法，以及在处理具有移动约束和时变约束问题时的优势。 第三章：守恒定律与诺特定理 在建立了拉格朗日形式之后，守恒定律的物理意义获得了更深刻的数学表达。本章集中论述诺特定理，这是物理学中最优美的定理之一。我们通过系统的李群变换（如时间平移、空间平移和空间转动）来证明能量、动量和角动量守恒的严格性，揭示了对称性与守恒量之间的内在联系。 第四章：哈密顿力学——相空间的视角 哈密顿力学是理论物理学的另一个高峰，它将描述空间从构型空间转向了相空间。本章引入了勒让德变换，从拉格朗日量 $L(q, dot{q}, t)$ 构造出哈密顿量 $H(q, p, t)$，其中 $p$ 是共轭动量。 详细推导了哈密顿正则方程，这是一个描述系统在相空间中演化的核心一阶微分方程组。此外，本章还探讨了泊松括号的代数结构，并展示了哈密顿量与守恒量的关系，为向量子力学的过渡提供了结构基础。 第五章：正则变换与动力学积分 为了简化哈密顿系统的求解，本章介绍了正则变换的概念，即坐标和动量在相空间中进行可逆变换，同时保持哈密顿方程的正则形式。我们使用生成函数法系统地推导了各类正则变换，并重点讲解了刘维尔定理，该定理阐述了相空间体积在哈密顿演化下的不变性，对于统计力学的应用至关重要。 第二部分：经典电磁场论——麦克斯韦方程组的统一与应用 电磁学是现代物理学的另一个支柱。本部分旨在系统地从电荷和电流的宏观现象出发，推导出并深入剖析麦克斯韦方程组的完备性、内在结构及其在各个尺度下的应用。 第六章：静电学与静磁学基础 本章从库仑定律和毕奥-萨伐尔定律出发，系统地引入了电势 $phi$ 和磁矢势 $mathbf{A}$ 的概念。详细讨论了泊松方程和拉普拉斯方程在静电学中的应用，并通过边界条件分析了导体和介质的静电平衡问题。静磁学部分则侧重于安培定律和磁介质（如顺磁体、抗磁体和铁磁体）的特性分析。 第七章：麦克斯韦方程组的构建与形式 本章是整个电磁学部分的核心。通过引入法拉第电磁感应定律和安培定律中的“位移电流”项，完成了对麦克斯韦方程组的最终整合： 1. $ abla cdot mathbf{E} = ho / epsilon_0$ 2. $ abla cdot mathbf{B} = 0$ 3. $ abla imes mathbf{E} = -frac{partial mathbf{B}}{partial t}$ 4. $ abla imes mathbf{B} = mu_0 mathbf{J} + mu_0 epsilon_0 frac{partial mathbf{E}}{partial t}$ 我们详细分析了这四个方程的物理意义，特别是位移电流项如何保证电荷守恒（连续性方程），以及该方程组如何预示了电磁波的存在。 第八章：电磁波的传播与辐射 基于麦克斯韦方程组，本章专门研究了在无源、无耗介质（自由空间）中电磁场的波动特性。推导出电磁波的波动方程，并精确求解了平面电磁波的传播速度（即光速 $c = 1/sqrt{mu_0 epsilon_0}$）。对波的偏振态（线偏振、圆偏振、椭圆偏振）进行了深入的几何和矢量分析。 第九章：电磁场的能量、动量与流 电磁场本身携带着能量和动量。本章引入了坡印亭矢量 $mathbf{S} = frac{1}{mu_0} (mathbf{E} imes mathbf{B})$，用于描述能量的传输方向和密度。通过推导坡印亭定理，阐明了电磁场能量密度与能流之间的定量关系。此外，还探讨了电磁场对物体产生的压力和动量密度。 第十章：电磁场的协变形式与规范不变性 为了更好地过渡到狭义相对论，本章将电磁场的描述提升到四维时空的语言。引入电磁场张量 $F^{mu u}$ 和四维电流密度 $J^{mu}$，将四个麦克斯韦方程统一为两个简洁的张量方程。随后，详细探讨了规范势 $(mathbf{A}, phi)$ 的引入所带来的规范自由度，重点分析了洛伦兹规范和库仑规范的选择，揭示了物理场（$mathbf{E}, mathbf{B}$）的唯一性与数学描述（$mathbf{A}, phi$）的非唯一性之间的关系。 本书通过对分析力学严谨性的锤炼和对电磁场统一性的深入剖析，为读者构建起一个坚实、连贯的理论物理基础，是深入研究量子场论、广义相对论和凝聚态物理的理想前置读物。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名，光听就让人感觉信息量爆炸。《理论物理（第五册）：热力学、气体运动论及统计力学》——这几个关键词组合在一起，仿佛打开了一个通往物质世界深层运作机制的大门。我一直对那些解释“为什么”的理论充满好奇，比如，为什么我们无法制造出永动机？为什么有些过程是不可逆的？热力学，特别是第二定律，似乎就触及了这些最根本的限制。而“气体运动论”和“统计力学”则提供了微观的视角，让我联想到那些无数微小粒子如何通过无数次的碰撞和相互作用，最终汇聚成宏观的、可预测的物理现象。我脑海中浮现出分子在容器中不停歇地运动，通过统计的方法，我们能够计算出容器的压强，这本身就是一种令人着迷的思维方式。我非常期待书中能够清晰地阐述这些概念，并且展示出物理学家是如何从看似杂乱无章的微观行为中，推导出井然有序的宏观规律的。这本书，在我看来，不仅仅是知识的传授，更是思维方式的启迪。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本厚重的《理论物理（第五册）：热力学、气体运动论及统计力学》，我第一时间就被它所涵盖的领域吸引住了。热力学，这门古老又充满活力的学科，它所揭示的能量转化和守恒原理，以及熵的概念，简直是理解宇宙运行规律的金钥匙。而气体运动论和统计力学，更是将我们带入了微观世界的奇妙境地，让我们得以窥见海量粒子如何在随机运动中构建起我们所熟悉的宏观世界。我特别好奇书中会如何处理这些概念之间的联系，比如，它是否会从阿伏伽德罗数这样的巨大数量级出发，通过统计的手段，导出热力学第二定律的必然性？我脑海里闪过许多经典物理的难题，比如为什么功可以完全转化为热，但热却不能完全转化为功？我期待这本书能给出深刻的解答，并且让我对能量的本质、物质的构成，以及整个宇宙的演化方向有更清晰的认识。它就像是连接微观与宏观、个体与整体的桥梁，让我渴望去探索其中的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，科学的魅力在于它能够解释我们周遭的世界，并且不断地拓展我们的认知边界。《理论物理（第五册）：热力学、气体运动论及统计力学》这个书名，让我联想到了物理学中那些关于能量转化和物质变化的根本性问题。热力学，顾名思义，就是关于热的运动和变化，这与我们日常生活中的许多现象息息相关，从烧水做饭到发电制冷，无处不在。而“气体运动论”和“统计力学”则像是热力学的微观基础，它们试图从组成物质的最基本单元——粒子的运动来解释宏观的热力学现象。我非常期待书中能够清晰地阐述这三者之间的联系，例如，为什么能量总是倾向于从高温物体流向低温物体，为什么自然界会有方向性，即“熵增”？我想象书中会深入浅出地讲解卡诺循环、玻尔兹曼熵等核心概念，并且用严谨的数学语言来支撑这些理论。不仅仅是理论的堆砌，更希望它能提供一些思想的火花，让我能够用全新的视角去观察和理解这个物理世界。

评分☆☆☆☆☆

哇，拿到这本《理论物理（第五册）：热力学、气体运动论及统计力学》，我真的太兴奋了！封面设计就透着一股严谨又深邃的气息，纸张触感也很棒，翻开的时候能感受到一种沉甸甸的专业感。我之前一直对微观世界的奥秘很感兴趣，从量子的奇妙到相对论的震撼，总觉得还有更深层次的解释。这本书的名字，特别是“热力学、气体运动论及统计力学”这几个词，让我联想到那些关于能量流动、物质形态变化，以及大量粒子如何集体呈现宏观规律的精彩描述。我脑海中立刻浮现出那些关于蒸汽机如何驱动工业革命的画面，还有气体分子在容器里随机碰撞，却又遵循着一套清晰的统计规律的场景。这不仅仅是抽象的理论，更是对我们身边世界最本质的理解。我特别期待书中对这些概念的深入剖析，比如熵增原理的普适性，以及统计力学如何将微观粒子行为与宏观热力学性质联系起来，这种跨越尺度的联系总是让我觉得异常迷人。希望这本书能给我带来新的启发，让我对物理世界的理解更上一层楼，甚至能解答一些我一直以来模糊不清的物理直觉。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我最近对“随机性”这个概念尤其着迷。我们总想去预测未来，控制结果，但现实世界里充满了不确定性。这本书的书名里出现了“气体运动论”和“统计力学”，这不就正是关于如何理解和描述大量随机过程的吗？我设想，书中可能会从最简单的气体分子运动模型开始，一步步讲解如何通过概率和统计的方法，推导出宏观上可测量的压强、温度、体积之间的关系。我特别好奇它会如何处理那些看似混乱无序的粒子运动，是如何从中提炼出清晰的物理定律的。比如，那些看不见的分子，它们以多快的速度在做什么，我们又如何能知道它们的集体行为？我想象着书中会有一系列精巧的论证和计算，将这些抽象的统计概念变得生动具体。说不定还会涉及到一些经典实验的解读，帮助我们直观地理解这些统计规律的由来。对我而言，理解统计力学，就像是找到了一个理解混沌世界的钥匙，虽然无法预测每一个粒子的命运，但却能把握住整个系统的宏观走向。这本身就是一种强大的洞察力。