热学·交叉学科基础物理

图书简介

本书作者在中国科学技术大学长期讲授本科生的热学基础课，具有丰富的教学经验。在参阅多部国内外优秀教材和多年教学积累的基础上，作者试图编写一本适应交叉学科人才培养的需求、具有时代气息的热学教材。内容以温度为主线，热与温度相呼应、微观和巨观相配合，力图给读者以清晰完整的物理图像。书中重视热学理论与实践的联繫，重视学科的新发展和新成就。书后亦附有大量的习题，供读者有针对性地选择练习，以加深对课程内容的理解，培养利用所学理论、知识解决实际问题的能力。

本书可作为综合性大学和理工类院校普通物理热学教科书或主要参考书，亦可供大专院校相关专业及科技工作者参考。

作者简介

朱晓东，男，中国科学技术大学近代物理系教授、博士生导师。1997年在中国科学技术大学获得理学博士学位后留校任教。研究方向为低温电浆物理与套用，主持或参加过多项国家自然科学面上和重点基金、国家863高技术探索基金和省部级基金项目的研究。在新型电浆源研製、电浆薄膜沉积及其机理、离子束纳米表面製造和功能薄膜器件等方面进行过系列的研究工作，获省级自然科学二等奖一项。曾先后在日本原子力研究所做访问学者、JSPS访问研究员，法国巴黎第六大学从事博士后研究和日本静冈大学访问教授。在Appl. Phys. Lett.、Phys. Rev. B、Phys. Plasmas、J. Chem. Phys.等国内外重要学术期刊上发表论文八十多篇。

前言

普通物理中的热学显现着各种矛盾的对立与统一，冷与热、随机与必然、平衡与非平衡、可逆与不可逆，等等，是学生系统地从巨观和微观两个角度去认识物质世界的开始。有意思的是，对热学这门课的学习，也有“浅与易、深与难”两种截然不同之说。热学的基本原理乍看起来似乎很简单，有些甚至被认为是显而易见的；一些概念也是日常生活中的常用语，如温度、能量等；这些使一些初学者认为热学很容易学习，无需多大努力。但另一种说法是，这些原理博大而深邃，基本概念像熵、能量等又极为抽象，要弄清楚这些绝非易事。

同样，编好一本热学教材亦非易事。多年来，经过同行们不懈的努力，有大批优秀的热学教材问世。记得三十多年前我们上大学时用的就是李椿先生的《热学》；今天我们走上讲台，这本书还是主要的参考书之一。随着时代的发展，热学套用领域不断扩大，而且学科本身也有了许多重大发展，教科书也应适应这种变化，在传承中发展。作者在编写本书时，参看了很多热学教材和资料，书后附了一部分。编写过程中一些考量如下：

儘管热学从创建至今已有数百年，但其基本原理、基本规律没有变化。在热学中，将物理概念、物理定律的渊源、精髓，以及物理思想清楚地表述，是教材的基本任务。在这方面，作者採用多种方式来进行讲述，例如对一些重要的概念如热、能量等，从其发展的历史进程来理解，对熵的概念，则从其多属性、多层次及其扩展外延来理解。
在体系上，以热学理论为线索，以热学理论对不同物态的套用为内容，不再以单独章节来讲述固体和液体。强调热学理论的普适性，适用于一切固体、液体和气体;固、液、气三态的微观结构不同导致了它们的热性质差异。避免使初学者产生热学只是用来描述理想气体的印象。
3. 通俗、好懂，使学生真正感受到普通物理学的“普通”，这也是作者在编写过程中时刻提醒自己注意的。儘可能用通俗、口语化的语言进行描述、类比，不刻意追求严谨；儘可能引用生活或实践中与热运动有关的例子，使学生认识到热学理论源于生活和实践、就在我们身边。这些也反映在每一章的开头，每章都以前人在诗词中对热现象的描述来引出。进一步地，让同学们充分认识到热学理论与全球变暖、环境污染等当今社会发展中面对的重大问题的相关性，培养学生基本的物理素养。
学习了经典统计的基本图像，若不了解量子统计会有点遗憾，尤其对那些可能不再继续学习后续课程（热力学与统计物理）的同学。因此，我们在第2章（《热运动统计规律》）的最后一节，简述了量子统计。这部分内容，只讲物理图像和思想，不涉及具体过程的演绎，力图使具有普通物理知识的学生能看懂，能对量子统计思想、量子统计对经典统计的过渡有所了解。
普通物理学是物理学大厦的基石。温度向高、低端延伸，随之出现前沿的物理学研究领域——电浆物理与低温物理。在本书的最后一章，我们从普通物理的视角对高、低温作些介绍。人们源于科学的基本兴趣及实际套用，在高、低温领域获得了巨大成就，对这些成就的物理本质的了解，能让学生开阔眼界，并认识到普通物理学的基础性地位以及物理学对推动社会科技进步的重要意义。

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