Базаров И.П. - ТЕРМОДИНАМИКА. М., Высшая школа, 1991, 376 стр.. Термодинамика
 Скачать 7.08 Mb.
|
|
И.П.Базаров ТЕРМОДИНАМИКА М.: Высшая школа, 1991, 376 стр. В учебнике систематически излагаются основы термодинамики, ее методы и важнейшие физические приложения с учетом тенденций развития современной физики. Впервые в учебной литературе рассмотрена релятивистская термодинамика, термодинамика систем при отрицательных термодинамических температурах, анализируются ошибки и заблуждения в термодинамике. По ходу изложения материала обсуждаются методологические вопросы курса. Учебник завершается введением в неравновесную термодинамику. Разобрано большое число задач. Содержание Предисловие 7 Введение 8 1 ОСНОВЫ ТЕОРИИ Глава первая Основные понятия и исходные положения термодинамики § 1. Термодинамические системы, параметры и равновесие 14 § 2. Исходные положения термодинамики и их обсуждение 17 § 3. Гомогенные и гетерогенные системы. Фазы и компоненты 21 § 4. Равновесные и неравновесные процессы 23 § 5. Внутренняя энергия системы. Работа и теплота 24 § 6. Термические и калорическое уравнения состояния 29 Задачи 34 Глава вторая Основные законы и уравнения термодинамики. Первое начало термодинамики § 7. Уравнение первого начала термодинамики 36 § 8. Теплоемкости и теплоты изотермического изменения внешних параметров 39 § 9. Основные термодинамические процессы и их уравнения 42 § 10. Связь модулей упругости с теплоемкостями 45 Задачи 46 Глава третья Второе начало термодинамики § 11. Общая характеристика и исходная формулировка второго начала термодинамики 49 § 12. Обратимые и необратимые процессы 53 § 13. Принцип адиабатной недостижимости и второе начало для равновесных процессов. Энтропия и термодинамическая температура 55 § 14. Математическое обоснование существования энтропии и термодинамической температуры 58 § 15. Основное уравнение термодинамики для равновесных процессов. Связь между термическим и калорическим уравнениями состояния 64 § 16. Вычисление энтропии. Парадокс Гиббса 67 § 17. Второе начало термодинамики для неравновесных процессов. Основное уравнение и основное неравенство термодинамики 73 § 18. Цикл Карно и теоремы Карно 77 § 19. Самопроизвольный переход теплоты 80 § 20. Пределы применимости второго начала термодинамики. Направление времени 82 Задачи 85 Глава четвертая Третье начало термодинамики § 21. Формулировка третьего начала термодинамики 91 § 22. Некоторые следствия третьего начала термодинамики 93 Задачи 97 Глава пятая Методы термодинамики § 23. Метод циклов 99 § 24. Метод термодинамических потенциалов 101 § 25. Уравнение Гиббса—Гельмгольца. Термодинамические потенциалы идеального газа 108 § 26. Термодинамические потенциалы сложных систем и систем с переменным числом частиц 112 Задачи 117 Глава шестая Условия равновесия и устойчивости термодинамических систем § 27. Общие условия термодинамического равновесия и устойчивости 119 § 28. Условия равновесия двухфазной однокомпонентной системы 124 § 29. Условия устойчивости равновесия однородной системы 126 § 30. Принцип Ле Шателье—Брауна 131 Задачи 134 Глава седьмая Термодинамика систем при отрицательных температурах § 31. Существование состояний с отрицательной термодинамической температурой 136 § 32. Система с отрицательной термодинамической температурой 138 § 33. Термодинамика систем с отрицательными температурами 141 § 34. Условия устойчивости систем с отрицательными температурами 147 Задачи 148 Глава восьмая Релятивистская термодинамика § 35. Релятивистская температура 149 § 36. Инвариантная энтальпия 150 § 37. Основное уравнение релятивистской термодинамики 152 § 38. Релятивистские работа и количество теплоты 153 § 39. Релятивистские преобразования температуры и количества теплоты 155 Планка и Отта § 40. Идеальный газ. Равновесное излучение 156 § 41. Эволюция Вселенной по современной релятивистской теории гравитации 158 Задачи 161 Глава девятая Ошибки и заблуждения в термодинамике § 42. Планк о голономности выражения для количества теплоты 162 § 43. Доказательство В. Нернстом недостижимости О К. Другие ошибочные доказательства 163 § 44. Энтропия, информация и мысленный эксперимент Сциларда 165 § 45. Существование фазовых переходов второго рода. Легкость скольжения коньков по льду. Знак термодинамической температуры 166 § 46. Парадокс Гиббса. Изменение энтропии при неравновесных процессах 169 § 47. О построении термодинамики на основе первого начала 171 § 48. Устойчивы ли состояния с отрицательной термодинамической температурой? 173 Задачи 176 2 ПРИМЕНЕНИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ Глава десятая Термодинамика различных физических систем § 49. Термодинамика гальванических и топливных элементов. Определение химического сродства 178 § 50. Охлаждение газа при необратимом и обратимом адиабатных расширениях 183 § 51. Термодинамика диэлектриков и магнетиков 187 § 52. Равновесие гомогенной системы 195 § 53. Равновесие гетерогенной системы 202 § 54. Термодинамика излучения 206 § 55. Термодинамика плазмы 214 Задачи 220 Глава одиннадцатая Поверхностные явления § 56. Поверхностные натяжение и давление 223 § 57. Равновесная форма монокристалла. Принцип Гиббса—Кюри и теорема Вульфа . 225 § 58. Роль поверхностного натяжения при образовании новой фазы. Зародыши 229 Задачи 232 Глава двенадцатая Фазовые переходы и критические явления § 59. Классификация фазовых переходов. Фазовые переходы первого рода. Уравнение Клапейрона — Клаузиуса 233 § 60. Фазовые переходы второго рода. Уравнения Эренфеста 237 § 61. Термодинамика сверхпроводящего перехода 239 § 62. Критические и закритические явления 242 § 63 Термодинамическая теория критических индексов 249 Задачи 254 3 ВВЕДЕНИЕ В НЕРАВНОВЕСНУЮ ТЕРМОДИНАМИКУ Глава тринадцатая Исходные положения неравновесной термодинамики § 64. Локальное равновесие и основное уравнение термодинамики неравновесных процессов 255 § 65. Уравнения баланса и законы сохранения различных величин 257 Задачи 262 Глава четырнадцатая Термодинамика линейных необратимых процессов § 66. Линейный закон. Соотношения взаимности Онсагера и принцип Кюри 263 § 67. Вариационные принципы термодинамики необратимых процессов 266 § 68. Устойчивость стационарных состояний, принцип Ле Шателье и невозможность упорядочения в области линейных необратимых процессов 270 § 69. Термоэлектрические явления 271 § 70. Термомеханический и механокалорический эффекты 276 Задачи 279 Глава пятнадцатая Основы нелинейной неравновесной термодинамики § 71. Универсальный критерий эволюции Гленсдорфа—Пригожина 281 § 72. Пространственные диссипативные структуры. Ячейки Бенара 284 § 73. Временные и пространственно-временные диссипативные структуры. Реакция Белоусова—Жаботинского 286 Задача 287 Заключение 288 Решения задач 289 Предметный указатель 374 Предметный указатель Активность 201, 202 Вероятность состояния 72 Восприимчивость магнитная 195 Время релаксации 23 Газ идеальный 96, 156 - Ван-дер-Ваальса 185 Давление поверхностное 223, 225 - световое 209 Двигатели тепловые 305 Двигатель вечный рода второго 51, 53, 143 - - первого 38 Детандер 186 Закон Вина 212 - возрастания энтропии 62, 75 - Дальтона 306 - Джоуля 41, 65 - - Ленца 371 - Кирхгофа 210 - Кюри 191, 297 - - Вейсса 220 - масс действующих 196, 197, 199 - разведения Оствальда 198 Законы сохранения 257—259 Зародыши 230 Излучение равновесное 156, 206 Квазибинодаль 247 Квазиспинодаль 249 Количество теплоты 162, 170, 180 - - релятивистское 153 Коэффициент активности 277 - полезного действия двигателя теплового 77 - - цикла Карно 146, 165, 311 - - Стирлинга 311 - - элементов топливных 181 - Джоуля-Томсона 183, 368, 369 - критический 293, 294 - Пельтье 274 - расширения теплового 365, 366 - термический давления 33 - - расширения 33 - - сжатия 33 - Томсона 276 - устойчивости 129 - э.д.с. температурный 179 Коэффициенты вириальные 32, 295 - термические 32, 67, 93 - термодинамические 32 Кривая Бойля 295 - Ван-дер-Ваальса 292, 342 - равновесия фаз 204 Критерий эволюции Гленсдорфа— Пригожина 282 Летучесть 201, 202 Магнитострикция 193 Метод потенциалов термодинамических 101 - циклов 99 Мир Минковского 158 Модуль упругости 45, 46 Натяжение поверхностное 223, 229 Начало термодинамики второе 49, 51, 52, 58, 75, 82, 192 - - первое 17, 36, 171 - - третье 91—93, 332 Недостижимость к, 164 Неравенство Клаузиуса 75 - - термодинамики основное 77, 122, 307 Парадокс Гиббса 70, 169, 170, 317, 320, 323, 328, 340 - Эйнштейна 324—328 Параметры аддитивные 16 - внешние 14 - внутренние 15 - интенсивные 15 - макроскопические 14 - порядка 373 Перемещения виртуальные 120 Переходы фазовые критические 234, 284 - - рода второго 165, 234, 237 - - первого 167, 233 Плазма 214 Показатель политропы 44 Полимеризация 21 Поляризованность 189 Постоянная Вина 212 - Кюри 195 - Хаббла 161 - Фарадея 180 - химическая 365 - энтропийная 96 Потенциал термодинамический 101, 103, 110, 112, 213 - - большой 117 - - Массье 117, 338 - химический 115, 116 Правило Гесса 46, 297 - фаз Гиббса 203, 204 Преобразования Лежандра 103 - релятивистские количества теплоты 155 - - температуры 155 Принцип Больцмана 72, 330, 331 - Гиббса—Кюри 225, 226 - Ле Шателье 271 - - Брауна 131, 132 - - Каратеодори 349 - минимума производства энтропии 269, 372 - недостижимости абсолютного нуля 145 - - адиабатной 55, 56 - Онсагера вариационный 267, 268 - перемещений виртуальных 119 Процессы автоволновые 286 - автоколебательные 286 - адиабатные 302 - необратимые 53, 143 - неравновесные 24, 53 - обратимые 143 - политропные 301, 302 - равновесные 23 - термодинамические основные 42 Пьезоэффект 193 Работа 25, 26, 28 - механическая 155 - намагничивания 194 - поляризации 188, 189 - системы расширения 194 - релятивистская 153 - термическая 29 Равновесие локальное 255 - систем бинарных 205 - - гетерогенных 202 - - неидеальных 201 - тепловое ионизационное 199 Разбегание галактик 161 Расширение адиабатное необратимое 183 - - обратимое 183, 186 Релаксация 23 Светимость энергетическая спектральная 207 Система адиабатная 26 - бинарная 23 - гетерогенная 21 - гомогенная 21, 195 - закрытая 26 - изолированная 17, 26, 121 - макроскопическая 14 - открытая 26 - термическая 15 - - неоднородная 55 - - однородная 55 - частиц неупорядоченная 372 - - упорядоченная 372 Смерть тепловая 161 Соотношение взаимности Онсагера 266 - Гриффитса 253 - Кнудсена 278 - Куперсмита 253 - Рашбрука 252 - Томсона второе 274 - - первое 276 Состояние критическое 242 - метастабильное 124 - неравновесное 15 Состояние равновесное 15 - системы 15 - соответственное 294 - с отрицательной термодинамической температурой 173 - стабильное 124 - стационарное 15 Спинодаль 246 Сродство химическое 182, 261 Структуры диссипативные 284 - - временные 284 - - пространственно-временные 284 - пространственные 284 Температура излучения черного тела 208 - инверсии 285 - кипения абсолютная 242 - релятивистская 149 - термодинамическая 57, 61, 168, 174, 175 - эмпирическая 21 Тело белое 208 - прозрачное 208 - черное 208 Теорема Вульфа 226, 228 - Гиббса 69, 315, 317 - Карно вторая 80 - - первая 78 - о вириале 32 Теория относительности общая 158 Теплоемкость 195 Теплота 26 - переноса 278 Теплоосмос 276 Термодинамика диэлектриков 187 - магнетиков 187 - перехода сверхпроводящего 239 - плазмы 214 - процессов линейных 263 - - нелинейных 281 Термодинамика элементов гальванических 179 - - топливных 179 Термостат 40 Точка критическая 292 - тройная 204 Тождество Якоби 112 Уравнение Бертло 32 - Ван-дер-Ваальса 31, 292, 294 - Гельмгольца 179, 180 - Гиббса—Гельмгольца 108, 109, 178, 191, 350 - Гильберта—Эйнштейна 158—160 - калорическое 30, 68, 309 - Кирхгофа 298 - Клапейрона—Клаузиуса 235 - - Менделеева 31 - основное теории бинарных систем 205, 206 - Пуассона 44, 349, 361 - термическое 30, 68, 213, 291, 307, 308 - - термодинамики основное 64, 77, 152, 189 - - неравновесной 246 - термохимическое 297, 298 Уравнения баланса 257 - Дитеричи 32, 189 - Эренфеста 238, 239 Условие ионизации полной 216 - равновесия механического 125 - - системы гетерогенной 202 - - термического 125 - - устойчивого 121, 123 - - фазового 125, 126 - - химического 125, 196 - - термодинамического 119 - устойчивости излучения равновесного 213 Форма Пфаффа 56 Формула Планка 356 - Рутгерса 240 - Саха 200, 201, 216 Функция состояния 15 - характеристическая 104, 111 Цикл Дизеля 312 - Карно 78, 146, 175, 310, 336 - Ленуара 311 - Отта 312 - Стирлинга 310 Частота ленгмюровская 220 Шкала температур термодинамическая 61, 64 - - Цельсия 63, 64 Электрострикция 193 Энергия 17 - Гельмгольца 113, 179, 213 - Гиббса 105, 113, 166, 179, 181, 213, 230, 363 - - Дюгема 117 - переноса 277 - свободная 181 - - диэлектрика 190 Энергия системы 24 - - термодинамической 139 Энтальпия 106, 107, 213 - инвариантная 150 Энтропия 57, 58, 60, 72, 94, 121, 156, 165, 168, 170, 273, 314 - смешения 317 Эффект Гей-Люссака 315, 317 - Джоуля—Томсона 183 - Зеебека 271 - магнитокалорический 194, 351 - Мейснера 240, 367 - механокалорический 277, 336 - Пельтье 272, 275 - Померанчука 236 - пьезомагнитный 193 - пьезоэлектрический 193 - тепловой 179, 180, 182 - термомеханический 277, 334 - Томсона 272, 275 Явления закритические 234 - критические 234, 242 Ячейки Бенара 284 |