热力学与统计物理学（第二版）

　　《热力学与统计物理学（第二版）》一部分介绍热力学，它是热现象的宏观理论，其基础是由大量经验所总结的热力学定律。根据热平衡定律、热力学**和第二定律分别引入三个基本热力学函数:温度、内能和熵，并进一步引入焓、自由能、吉布斯函数等。由此出发，即可解决热力学的各种问题（能量转化中的数量关系；判断过程进行的方向；均匀系、复相系和化学反应的平衡性质，等等）。热力学理论具有高度的普遍性，适用于一切宏观物体系统，无需知道物体的微观细节就可以进行理论分析。朗道相变理论就是很好的例子。热力学理论还可以提供普遍性的论证，例如证明黑体辐射谱密度是温度的普适函数。为了便于读者理解诸多热力学函数的性质，本书抓住热力学是解决什么问题以及如何解决问题的线索进行阐述。还特别强调了可逆过程作为研究平衡性质的手段；假想实验在热力学论证中的作用等。*后，对非平衡态热力学的线性理论做了简单介绍。统计物理学构成本书的第二部分。在陈述了统计物理学的基本概念和平衡态统计理论的基本假设后，第七章中用较大的篇幅介绍了近独立子系组成的系统的统计理论，应用*可几分布方法，分别导出定域子系和非定域子系（包括费米子和玻色子）的*可几分布，并将理论应用到多个不同的物理系统。分析了对总粒子数N~〖10〗^20 的宏观系统“*可几分布”和“平均分布”相等的原因；讨论了非简并条件与经典极限条件；论证了全同费米子和全同玻色子系统的统计关联及产生的条件等。理论还应用于处理相互作用多粒子系统的低激发态（可近似看成元激发或准粒子的理想气体）。第八章介绍平衡态的普遍统计理论——统计系综理论。包括微正则系综，正则系综和巨正则系综。以非理想气体为例，说明系综理论如何处理有相互作用的系统的问题。讨论了三种系综在热力学极限下的等效性。第九章讨论统计物理学的一个重要的传统课题——相变和临界现象。多年来，其研究已经取得了巨大的进展，包括概念、理论和方法。这里只简单介绍了相关理论，并对重正化群理论的大意作了简略的说明。*后两章分别介绍非平衡态统计理论和涨落理论。本书第二版保留了一版的基本结构和基本内容，对“理想玻色气体的玻色-爱因斯坦凝聚”做了较大的改写，增加了全新的一节“超冷稀薄原子气体的玻色-爱因斯坦凝聚”。 

　　《热力学与统计物理学（第二版）》共分11章，前5章为热力学，后6章为统计物理学。各章内容包括： 1.热力学的基本概念和基本规律；2.均匀系的平衡性质；3.相变的热力学理论；4.多元系的复相平衡与化学平衡、热力学第三定律；5.非平衡态热力学（线性理论）简介；6.统计物理学的基本概念；7.近独立子系组成的系统；8.统计系综理论；9.相变和临界现象的统计理论简介；10.非平衡态统计理论；11.涨落理论。
　　本书附有习题和部分参考答案。
　　本书可作为高等学校物理类各专业“热力学与统计物理学”的教材。

　　林宗涵，北京大学物理学院教授、博士生导师．曾兼任“叶企孙物理学奖”评委(２０００—２０１１)、中科院理论物理研究所学术委员会副主任(１９９５—２００２)、Chinese Physics letters 副主编(１９８７—２０１５)等．长期从事凝聚态理论的研究,发表和合作发表论文百余篇;长期从事“热力学与统计物理学”以及“量子统计物理学”教学,合作编著《量子统计物理学》《介观物理》等。

**章 热力学的基本概念与基本规律 （1）
§1.1 热力学的研究目的 （1）
§1.2 平衡态及其描写 （3）

§1.3 温度 物态方程 （6）

§1.4 功 （11）

§1.5 热力学**定律 （15）
§1.6 热容 焓 （17）
§1.7 理想气体的性质 （18）

§1.8 理想气体的卡诺循环 （21）
§1.9 热力学第二定律 （23）

§1.10 热力学第二定律的数学表述 熵 （27）

§1.11 熵增加原理 （37）

§1.12 **功 （40）

§1.13 自由能与吉布斯函数 （43）

习题 （46）
第二章 均匀系的平衡性质 （50）
§2.1 麦克斯韦关系 （50）

§2.2 气体的节流过程 焦耳-汤姆孙效应 （55）
§2.3 绝热去磁降温的热力学理论 （58）
§2.4 热辐射的热力学理论 （61）

§2.5 气体的热力学函数 （65）

§2.6 基本热力学函数的确定 （68）
§2.7 特性函数（或热力学势） （70）
§2.8 可逆循环过程方法 （73）
习题 （76）
第三章 相变的热力学理论 （80）
§3.1 热动平衡判据 （80）

§3.2 粒子数可变系统 （84）
§3.3 热动平衡条件 （86）

§3.4 平衡的稳定条件 （90）
§3.5 单元系的复相平衡 （93）

§3.6 气-液相变 临界点 （98）

§3.7 正常-超导相变的热力学理论 （103）

§3.8 相变的分类 埃伦费斯特方程 （107）

§3.9 朗道二级相变理论简介 （110）

§3.10 临界现象和临界指数 （119）

习题 （123）
第四章 多元系的复相平衡与化学平衡 热力学第三定律 （126）
§4.1 多元均匀系的热力学函数与基本微分方程 （126）

§4.2 多元系的复相平衡 （130）
§4.3 化学平衡条件 （131）

§4.4 吉布斯相律 （134）
§4.5 混合理想气体的性质 （136）

§4.6 理想气体的化学平衡 （139）

§4.7 热力学第三定律 （143）

习题 （151）
第五章 非平衡态热力学（线性理论）简介 （154）
§5.1 非平衡态热力学（线性理论）纲要 （154）

§5.2 热传导 （159）
* §5.3 温差电效应 （160）

习题 （169）
第六章 统计物理学的基本概念 （171）
§6.1 统计物理学的研究对象、目的与方法 （171）
§6.2 微观状态的经典描写与量子描写 （172）

§6.3 宏观量的统计性质 统计规律性 （177）

§6.4 平衡态统计理论的基本假设:等几率原理 （179）
第七章 近独立子系组成的系统 （180）
§7.1 分布与系统的微观态 *可几分布 （180）

§7.2 定域子系 麦克斯韦-玻尔兹曼分布 （182）

§7.3 二能级系统 （185）
§7.4 定域子系热力学量的统计表达式 熵的统计解释 （188）

§7.5 热辐射的普朗克理论 （193）

§7.6 固体热容的统计理论 （199）

§7.7 定域子系的经典极限条件 （204）

§7.8 负**温度 （206）

§7.9 非定域子系 费米-狄拉克分布 玻色-爱因斯坦分布 （210）

§7.10 理想玻色气体和理想费米气体热力学量的统计表达式 （215）

§7.11 非简并条件 经典极限条件 （219）

§7.12 麦克斯韦速度分布律 （226）
§7.13 能量均分定理 （228）
§7.14 非简并理想气体的热力学函数与热容 （231）

§7.15 弱简并理想气体的物态方程与内能 统计关联 （238）

§7.16 理想玻色气体的玻色-爱因斯坦凝聚 （243）

§7.17 超冷稀薄原子气体的玻色-爱因斯坦凝聚 （252）

§7.18 光子气体 （266）
§7.19 强简并理想费米气体 （269）

§7.20 元激发（或准粒子）理想气体 （276）

习题 （283）
第八章 统计系综理论 （296）
§8.1 经典统计系综的概念 （296）
§8.2 刘维尔定理 （298）
§8.3 微正则系综 （302）
8.3.1 经典微正则系综 （302）

§8.4 正则系综 （309）

§8.5 非理想气体的物态方程 （317）
* §8.6 流体的二粒子分布函数与关联函数 （322）

§8.7 巨正则系综 （330）

§8.8 巨正则系综应用例子 （337）
* §8.9 由巨正则系综推导费米分布与玻色分布 （340）
§8.10 热力学极限与三种系综之间的等效性 （343）
习题 （346）
第九章 相变和临界现象的统计理论简介 （352）
§9.1 伊辛模型 平均场近似 （353）

§9.2 伊辛模型的严格解 （359）

§9.3 临界指数（续） 标度律 普适性 （362）

§9.4 涨落与关联的作用 （365）

§9.5 重正化群理论大意 （372）
习题 （378）
第十章 非平衡态统计理论 （381）
§10.1 玻尔兹曼积分微分方程 （381）

§10.2 H定理 （390）

§10.3 熵流与熵产生率 （400）
§10.4 简并气体的玻尔兹曼方程 （402）

§10.5 弛豫时间近似 金属自由电子的输运过程 （407）

第十一章 涨落理论 （420）
§11.1 准热力学理论 热力学量的涨落 （421）

§11.2 涨落的空间关联 （428）
§11.3 布朗运动理论 （432）

* §11.4 涨落的时间关联 （438）

* §11.5 涨落-耗散定理 （442）

* §11.6 电路中的热噪声 谱密度 （446）

习题 （453）
主要参考书目 （456）
附录A 基本物理常量 （458）
附录B 统计物理学中常用的数学公式 （459）
附录C 误差函数 （463）
索引 （464）
外国人名索引 （471）