热学

人们在日常生活、生产实践、科学研究中，都离不开对热学的研究。从宏观上来讲，热学涵盖的内容有温度、压强、体积、内能、热量、功、熵、焓等热学概念，有物态变化、热胀冷缩、体积功、热传递、节流、摩擦生热等热学现象，有温度计、热机、空调、接触角测量仪等热学仪器。从微观上来讲，宏观的热现象都和分子热运动有关。本书注重物理图像的建立和物理概念的描述，注重物理思维的培养，注重与生产与科技的融合，注重育人元素的引入。在编排知识体系和内容时，从认知规律出发，前三章先讲述宏观概念、宏观现象和宏观规律，接下来的两章从微观角度介绍有关概念和知识，并对宏观现象与规律进行解释，然后介绍输运过程的宏观规律和微观诠释，最后两章讲述了液态和固态以及相变。本书各章节的主要内容如下：

绪论。介绍了热学发展简史、常见的热现象，以便读者对热学有一个总体的了解。

第一章，热力学系统的平衡态及物态方程。主要内容有热力学系统的宏观与微观描述、热力学系统的平衡态、热力学第零定律和温度、理想气体的物态方程，实际气体的物态方程。

第二章，热力学第一定律。先介绍了热力学系统的过程，内能、功与热量，接着给出了热力学第一定律的文字和数学表达式；然后对热容、焓、焦耳定律作了叙述，通过多个例题讲解热力学第一定律的应用；最后介绍了循环机及其应用、焦耳-汤姆孙效应及其应用。

第三章，热力学第二定律与熵。通过自然现象和科学实验，指出了热力学过程的方向性，给出了可逆过程的定义；介绍了热力学第二定律的文字表述和卡诺定理；再通过克劳修斯等式引入熵的概念，进而得到热力学第二定律的数学表达式，最后由热力学第二定律计算熵差。

第四章，气体平衡态的分子动理论。为了充分了解宏观现象，本章和第五章讲述微观理论。本章先介绍了在处理微观规律中需要用到的概率知识；给出了微观配容、等概率原理、热力学概率、最概然分布等概念，指出宏观量是相应微观量的统计平均值；然后介绍了气体分子的特征、分子间的相互作用力模型、分子在速度和速率空间运动的统计描述、分子碰撞的统计规律；最后从微观上对气体压强和温度作了解释。

第五章，玻耳兹曼分布及其应用。重点讲述了玻耳兹曼分布及其在重力场中和速度空间的应用，即重力场中微粒数目和压强按高度的分布规律和麦克斯韦速度、速度分量、速率分布律；给出了能量均分定理；最后从微观角度给出了熵的统计解释。

第六章，气体的输运过程。气体输运过程主要包括黏滞、热传导和扩散，本章首先从宏观上对这三种现象进行了描述，给出了相应的规律：牛顿黏滞定律、傅里叶热传导定律、菲克扩散定律；建立了输运过程中微粒的运动模型，继而从微观上解释了这三种输运现象和规律；最后介绍了除热传导以外的另外两种传热方式：对流和热辐射作为扩展内容。

第七章，液态与固态的性质。常见物态除气态外，还有液态和固态。液态物体作为一个整体有其彻体性质，同时，其表面有特殊的表面性质，表面张力导致了附加压强，引起了润湿和毛细现象，这些是本章重点讲述的内容；固体的热容是一个重要参量，最后对其相关模型作了介绍。

第八章，相变。物态之间可以相互变化，这是最常见最简单的相变，本章讲述了液、气、固三态间的转变。对于液态和气态的相变，本章叙述了蒸发、沸腾、饱和蒸气压、湿度等内容；对于固液相变和固气相变，本章给出了熔化与凝固、升华与凝华等概念；接着对于相平衡条件、相图等作了介绍；然后讲述了可以描述相变的克拉珀龙方程；最后从理论和实验两方面介绍了范德瓦耳斯气体的相关知识。

对于希望用较短时间学到基础热学知识的读者，可以跳过或者略读带*号的章节和小字号宋体的文字。小字号楷体的文字可以作为扩展阅读内容。

由于作者水平有限，加之时间紧张，本书难免有不少缺点和疏漏，恳请广大读者批评指正。