熱學·交叉學科基礎物理

圖書簡介

本書作者在中國科學技術大學長期講授本科生的熱學基礎課，具有豐富的教學經驗。在參閱多部國內外優秀教材和多年教學積累的基礎上，作者試圖編寫一本適應交叉學科人才培養的需求、具有時代氣息的熱學教材。內容以溫度為主線，熱與溫度相呼應、微觀和巨觀相配合，力圖給讀者以清晰完整的物理圖像。書中重視熱學理論與實踐的聯繫，重視學科的新發展和新成就。書後亦附有大量的習題，供讀者有針對性地選擇練習，以加深對課程內容的理解，培養利用所學理論、知識解決實際問題的能力。

本書可作為綜合性大學和理工類院校普通物理熱學教科書或主要參考書，亦可供大專院校相關專業及科技工作者參考。

作者簡介

朱曉東，男，中國科學技術大學近代物理系教授、博士生導師。1997年在中國科學技術大學獲得理學博士學位後留校任教。研究方向為低溫電漿物理與套用，主持或參加過多項國家自然科學面上和重點基金、國家863高技術探索基金和省部級基金項目的研究。在新型電漿源研製、電漿薄膜沉積及其機理、離子束納米表面製造和功能薄膜器件等方面進行過系列的研究工作，獲省級自然科學二等獎一項。曾先後在日本原子力研究所做訪問學者、JSPS訪問研究員，法國巴黎第六大學從事博士後研究和日本靜岡大學訪問教授。在Appl. Phys. Lett.、Phys. Rev. B、Phys. Plasmas、J. Chem. Phys.等國內外重要學術期刊上發表論文八十多篇。

前言

普通物理中的熱學顯現著各種矛盾的對立與統一，冷與熱、隨機與必然、平衡與非平衡、可逆與不可逆，等等，是學生系統地從巨觀和微觀兩個角度去認識物質世界的開始。有意思的是，對熱學這門課的學習，也有“淺與易、深與難”兩種截然不同之說。熱學的基本原理乍看起來似乎很簡單，有些甚至被認為是顯而易見的；一些概念也是日常生活中的常用語，如溫度、能量等；這些使一些初學者認為熱學很容易學習，無需多大努力。但另一種說法是，這些原理博大而深邃，基本概念像熵、能量等又極為抽象，要弄清楚這些絕非易事。

同樣，編好一本熱學教材亦非易事。多年來，經過同行們不懈的努力，有大批優秀的熱學教材問世。記得三十多年前我們上大學時用的就是李椿先生的《熱學》；今天我們走上講台，這本書還是主要的參考書之一。隨著時代的發展，熱學套用領域不斷擴大，而且學科本身也有了許多重大發展，教科書也應適應這種變化，在傳承中發展。作者在編寫本書時，參看了很多熱學教材和資料，書後附了一部分。編寫過程中一些考量如下：

儘管熱學從創建至今已有數百年，但其基本原理、基本規律沒有變化。在熱學中，將物理概念、物理定律的淵源、精髓，以及物理思想清楚地表述，是教材的基本任務。在這方面，作者採用多種方式來進行講述，例如對一些重要的概念如熱、能量等，從其發展的歷史進程來理解，對熵的概念，則從其多屬性、多層次及其擴展外延來理解。
在體系上，以熱學理論為線索，以熱學理論對不同物態的套用為內容，不再以單獨章節來講述固體和液體。強調熱學理論的普適性，適用於一切固體、液體和氣體;固、液、氣三態的微觀結構不同導致了它們的熱性質差異。避免使初學者產生熱學只是用來描述理想氣體的印象。
3. 通俗、好懂，使學生真正感受到普通物理學的“普通”，這也是作者在編寫過程中時刻提醒自己注意的。儘可能用通俗、口語化的語言進行描述、類比，不刻意追求嚴謹；儘可能引用生活或實踐中與熱運動有關的例子，使學生認識到熱學理論源於生活和實踐、就在我們身邊。這些也反映在每一章的開頭，每章都以前人在詩詞中對熱現象的描述來引出。進一步地，讓同學們充分認識到熱學理論與全球變暖、環境污染等當今社會發展中面對的重大問題的相關性，培養學生基本的物理素養。
學習了經典統計的基本圖像，若不了解量子統計會有點遺憾，尤其對那些可能不再繼續學習後續課程（熱力學與統計物理）的同學。因此，我們在第2章（《熱運動統計規律》）的最後一節，簡述了量子統計。這部分內容，只講物理圖像和思想，不涉及具體過程的演繹，力圖使具有普通物理知識的學生能看懂，能對量子統計思想、量子統計對經典統計的過渡有所了解。
普通物理學是物理學大廈的基石。溫度向高、低端延伸，隨之出現前沿的物理學研究領域——電漿物理與低溫物理。在本書的最後一章，我們從普通物理的視角對高、低溫作些介紹。人們源於科學的基本興趣及實際套用，在高、低溫領域獲得了巨大成就，對這些成就的物理本質的了解，能讓學生開闊眼界，並認識到普通物理學的基礎性地位以及物理學對推動社會科技進步的重要意義。

熱學·交叉學科基礎物理

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