本書入選教育部“101”物理教材建設計劃。
熱力學與統(tǒng)計物理是研究由大量微觀粒子構成的宏觀系統(tǒng)的熱性質的兩種基本理論方法。作為課程,熱力學與統(tǒng)計物理是普通物理熱學的后續(xù),是物理學專業(yè)非常重要的基礎課。本書分別從熱力學與統(tǒng)計物理兩條主線展開討論。在討論中,本書特別注重熱力學與統(tǒng)計物理兩種理論方法的結合與相互借鑒,盡可能使讀者體會二者的獨特魅力。
本書的熱力學部分包括熱力學基本規(guī)律、均勻系的平衡性質、單元系的復相平衡、多元系的相和化學平衡等內容,統(tǒng)計物理部分則包括統(tǒng)計系綜、量子理想氣體、經典流體、二級相變及其平均場理論、非平衡態(tài)統(tǒng)計等內容。本書強調了從一般的統(tǒng)計系綜理論出發(fā)來討論一般的統(tǒng)計物理系統(tǒng),同時結合近年來學科發(fā)展的需要,大大加強了關于相變(特別是二級相變)方面的討論。
本書可作為各高校物理學專業(yè)相關課程的教材,也可以供其他專業(yè)有需要的學生或教師參考。
劉川
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劉川,北京大學物理學院教授。1988年畢業(yè)于北京大學物理系并獲得學士學位,同年經CUSPEA項目赴美國加州大學圣地亞哥分校(UC San Diego)攻讀博士學位, 于1994年獲得博士學位后在德國國家同步加速實驗室從事博士后研究工作。1996年回到北京大學物理學院 (前物理系)理論物理研究所任教,2001年起至今任教授。
自博士階段至今,一直從事格點場論、格點量子色動力學方面的理論研究,并先后講授“熱學”“熱力學統(tǒng)計物理”“平衡態(tài)統(tǒng)計物理”“理論力學”“電動力學”“計算物理”“量子場論”等課程。
第一部分熱力學
第一章熱力學的基本規(guī)律
1 熱力學系統(tǒng)及平衡態(tài)的描寫
2 熱力學過程和功
3 熱力學第一定律
4 理想氣體及其卡諾循環(huán)
5 熱力學第二定律和熵
6 熱力學基本微分方程
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習題
第二章均勻系的平衡性質
7 麥克斯韋關系和勒讓德變換
8 熱力學函數和特性函數
9 磁性介質的熱力學理論
10 平衡熱輻射場的熱力學理論
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習題
第三章單元系的復相平衡
11 平衡判據
12 單元復相系的相平衡
13 相圖和克拉珀龍方程
14 范氏氣體氣液兩相的轉變
15 曲面分界時的平衡條件和液滴的形成
16 相變的朗道理論
17 連續(xù)相變的標度理論
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習題
第四章多元系的相和化學平衡
18 多元均勻系的熱力學基本微分方程. . . . . . 71
19 多元系的復相平衡及相律
20 化學反應
21 混合理想氣體
22 理想溶液
23 熱力學第三定律
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習題
第二部分統(tǒng)計物理
第五章統(tǒng)計系綜
24 經典系綜理論的基本概念
25 量子統(tǒng)計與經典統(tǒng)計
26 微正則系綜
27 正則系綜與巨正則系綜
28 熱力學公式
29 漲落的準熱力學理論
30 近獨立子系的統(tǒng)計分布
31 統(tǒng)計分布的另外一種推導方法
32 近獨立子系中粒子數分布的漲落
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習題
第六章量子理想氣體
33 理想玻色氣體
34 黑體輻射的統(tǒng)計物理理論
35 固體的熱容量
36 理想費米氣體
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習題
第七章經典流體
37 經典理想氣體
38 混合理想氣體及其化學反應
39 實際氣體的物態(tài)方程
40 液體的熱力學性質
41 稀薄等離子體的統(tǒng)計性質
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習題
第八章二級相變及其平均場理論
42 自旋模型的微觀機制與處理方法
43 伊辛模型的平均場近似
44 布拉格–威廉斯近似—— 再看平均場近似
45 臨界點附近的漲落與關聯
46 伊辛模型的嚴格解、高溫展開和對偶性
47 具有連續(xù)對稱性系統(tǒng)的相變
48 對稱性破缺與臨界現象中的普適性
49 李楊零點與相變
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習題
第九章非平衡態(tài)統(tǒng)計
50 玻爾茲曼微分積分方程
51 玻爾茲曼H 定理
52 細致平衡條件與平衡分布
53 輸運現象
54 BBGKY 級列
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習題
附錄概率與隨機過程
1 概率、隨機變量與分布函數
2 常見的概率分布函數
3 隨機過程
4 馬爾可夫過程
5 ?藸枿C普朗克方程
參考書
索引