大学物理学 下册

本书依据教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会*审订的“非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求”的精神编写。全书分上、下两册，共20章。上册包括力学、电磁学两部分，共11章；下册包括热学、机械振动与机械波、波动光学基础、近代物理四部分，共9章。作为非物理专业的大学物理教材，本书一方面保持了基础扎实、内容经典、实用性强的特点，另一方面又体现出知识面宽、内容现代化等特色。
本书可作为理工科高等院校各专业100～130学时的大学物理教材，也可作为综合大学和高等师范院校非物理专业及各类成人教育物理课程的教材和参考书。

第12章 热力学基础
热力学是物理学的一个重要部分，主要研究物质热运动的现象和规律。对热现象研究的基本方法有两种，即宏观方法和微观方法。相应地，理论也有两部分，以实验定律为基础的宏观理论构成热力学；以物质微观结构为基础的微观理论构成统计物理学。热力学理论主要包括热力学基本定律、热力学函数及其应用，以及相平衡与化学平衡等内容；统计物理理论主要包括分子动理论、统计力学以及涨落理论等内容。
对热现象研究的两种方法相辅相成，互相补充。根据观察和实验总结出来的热力学定律，以严密的逻辑推理来研究宏观物体的热性质，它不涉及物质的微观结构，因此具有高度的普遍性和高度的可靠性，但却得不到物态方程、比热容公式等物性理论，也不能解释涨落现象；而统计物理学则从物质的微观结构出发，依据每个粒子所遵循的力学规律，用统计学的方法研究宏观物体的热性质可以很方便地解释涨落现象，又可以从理论上导出物态方程，但统计物理得到的结果与实际不能完全吻合。
热力学基本理论随18世纪工业革命开始发展。18世纪以蒸汽技术广泛应用为特征的工业发展为能量守恒与转化定律，即热力学第一定律的建立准备了广泛的物质基础。18世纪末到19世纪初，欧洲有迈尔、亥姆霍兹、焦耳等十多位科学家通过不同途径，独立发现了能量守恒与转化定律。不过，在这期间科学家们发现，用于热功转换的蒸汽热机效率很低，只有3％～5％。为了提高热机效率，1828年，卡诺从理论上研究了提高效率的方法，提出了相应的热机理论，但这个理论与焦耳的实验结果矛盾。开尔文和克劳修斯发现了这个矛盾并对卡诺理论修正后，各自独立地发现了热力学第二定律。热力学第二定律揭示了自然界中自发过程具有方向性，也就是说能量守恒的过程未必都能够实现。1912年，能斯托提出了描述低温现象的热力学第三定律。1939年，福勒又提出了有关热平衡的定律，称为热力学第零定律。至此，四个构成热力学基本理论的定律全部建立起来了。
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