Термодинамика и введение в термостатистику

Термодинамика и введение в термостатистику
	Обложка второго издания
Автор	Герберт Каллен
Язык	Английский
Предметы	Термодинамика ; Статистическая механика
Жанр	Научная литература
Опубликовано	1960, 1985
Издатель	Джон Уайли и сыновья
Место публикации	Соединенные Штаты Америки
Тип носителя	Распечатать
Страницы	493
ISBN	0-471-86256-8

«Термодинамика и введение в термостатистику» — это учебник, написанный Гербертом Калленом , в котором объясняются основы классической термодинамики и обсуждаются сложные темы как в классической, так и в квантовой теории. Он охватывает предмет абстрактно и строго и содержит обсуждение приложений. ^{[ 1 ]} Учебник состоит из трех частей, каждая из которых строится на основе предыдущей. Первое издание было опубликовано в 1960 году, второе — в 1985 году.

Обзор

Первая часть книги начинается с представления проблемы, которую пытается решить термодинамика , и изложения постулатов, на которых основана термодинамика. Затем на этой основе он развивается для обсуждения обратимых процессов, тепловых двигателей , термодинамических потенциалов , соотношений Максвелла , устойчивости термодинамических систем и фазовых переходов первого рода . Излагая основы термодинамики, автор затем переходит к обсуждению более сложных тем, таких как критические явления и необратимые процессы.

Во второй части текста изложены основы классической статистической механики . понятие энтропии Больцмана Введено , которое используется для описания модели Эйнштейна , системы с двумя состояниями и модели полимера . различные статистические ансамбли После этого обсуждаются термодинамические потенциалы , на основе которых выводятся квантовые жидкости и флуктуации . Также обсуждаются .

Последняя часть текста представляет собой краткое обсуждение симметрии и концептуальных основ термостатистики. В последней главе Каллен выдвигает свой тезис о том, что симметрия фундаментальных законов физики лежит в основе самих основ термодинамики, и пытается пролить свет на решающую роль, которую термодинамика играет в науке. ^{[ 2 ]}

Каллен советует, чтобы односеместровый курс для студентов продвинутого уровня охватывал первые семь глав плюс главы 15 и 16, если позволяет время. ^{[ 2 ]}

Второе издание

Фон

Во втором издании представлен описательный отчет о термодинамике критических явлений, которая резко развивалась в 1960-х и 1970-х годах. Опираясь на отзывы студентов и преподавателей, Каллен улучшил многие объяснения, подробно решил примеры и добавил множество упражнений, многие из которых имеют полные или частичные ответы. Он также представил введение в статистическую механику, уделив особое внимание основным принципам, а не приложениям. Однако он не стремился ни полностью разделить термодинамику и статистическую механику, ни подвести первую под вторую под лозунгом «теплофизики». Действительно, в курсах теплофизики часто делается упор на статистическую механику в ущерб термодинамике, несмотря на ее важность для промышленности, как показал опрос руководителей бизнеса, проведенный Американским физическим обществом в 1971 году. Каллен заметил, что впоследствии термодинамике стали преуменьшать значение. ^{[ 2 ]}

Часть I: Общие принципы классической термодинамики
- Введение: природа термодинамики и основы термостатистики.
- Глава 1: Проблема и постулаты
- Глава 2: Условия равновесия
- Глава 3: Некоторые формальные отношения и выборочные системы
- Глава 4: Обратимые процессы и теорема о максимальной работе
- Глава 5: Альтернативные формулировки и преобразования Лежандра
- Глава 6. Принцип экстремума в представлениях, преобразованных Лежандром
- Глава 7: Отношения Максвелла
- Глава 8: Стабильность термодинамических систем
- первого рода Глава 9: Фазовые переходы
- Глава 10: Критические явления
- Глава 11: Постулат Нернста
- Глава 12: Краткое изложение принципов для общих систем
- Глава 13: Свойства материалов
- Глава 14: Необратимая термодинамика
Часть II: Статистическая механика
- Глава 15: Статистическая механика в представлении энтропии
- Глава 16: Канонический формализм; Статистическая механика в представлении Гельмгольца
- Глава 17: Энтропия и беспорядок; Обобщенные канонические формулировки
- Глава 18: Квантовые жидкости
- Глава 19: Колебания
- Глава 20: Вариационные свойства, разложения по возмущениям и теория среднего поля
Часть III: Основы
- Глава 21: Постлюдия: симметрия и концептуальные основы термостатистики
Приложение A: Некоторые отношения, включающие частные производные
Приложение B: Магнитные системы
Общие ссылки
Индекс

Прием

Роберт Б. Гриффитс , специалист по термодинамике и статистической механике из Университета Карнеги-Меллон , отметил, что оба издания этой книги ясно и кратко представляют суть термодинамики в первых восьми главах. На момент написания (1987) Гриффитс знал о книгах, объясняющих принципы термодинамики, но у Каллена материал был представлен лучше всего. Он считал, что Каллен предложил педагогический, хотя и резкий подход к этой теме. Его книга начинается абстрактно, предполагая существование и свойства энтропии и выявляя последствия для различных интересующих процессов, а не с помощью тепловых двигателей и термодинамических циклов или статистической механики и формулы энтропии Больцмана. $S=k\ln \Omega$ . Однако он утверждал, что трактовка Калленом критических явлений (глава 10) содержит некоторые технические недостатки. Каллен считал, что классический анализ потерпел крах. Но Гриффитс писал, что проблема заключается не в нарушении термодинамики, а, скорее, в разложении термодинамических величин по Тейлору , и что точные выражения функций, входящих в фундаментальное соотношение, должны определяться статистической механикой и экспериментами, а не термодинамикой. Тем не менее Гриффитс по-прежнему считал эту книгу отличным ресурсом для изучения основ термодинамики. ^{[ 3 ]}

По словам Л.К. Скотта, изучавшего статистическую механику и биофизику в Университете штата Оклахома , «Термодинамика и введение в термостатистику» — популярный учебник, который начинается с некоторых основных постулатов, основанных на интуитивных классических, эмпирических и макроскопических аргументах. Он обнаружил, что примечательно то, что вся конструкция классической термодинамики вытекает всего из нескольких основных предположений. Однако Скотт предпочел обсуждение температуры в книге «Тепло и термодинамика» Марка В. Земански и Ричарда Х. Диттмана, потому что оно основано на термометрии и заставляет студентов размышлять над эмпирической основой концепции температуры, оставляя в стороне молекулярную основу тепла . Он утверждал, что такой подход позволяет лучше понять значение температуры и ее статистико-механическую основу, с которой студенты столкнутся позже. Напротив, в книге Каллена температура не упоминается до главы 2, где Каллен определяет температуру как величину, обратную производной энтропия по отношению к внутренней энергии затем показывает, используя постулаты, что это определение согласуется с нашей интуицией. В то время как Земанский и Диттман эмпирически раскрывают первый закон термодинамики , Каллен просто предполагает существование функции внутренней энергии, что ссылается на консервативную природу межатомных сил. В то время как Земанский и Диттман трактовали второй закон термодинамики с использованием тепловых двигателей и просто формулировали его формулировки Клаузиуса и Кельвина , в книге Каллена второй закон содержится в постулатах. Скотт не был уверен, какой подход более понятен студентам. В целом Земанский и Диттман использовали эмпирический подход, тогда как подход Каллена — дедуктивный. Скотт полагает, что книга Земанского и Диттмана больше подходит для начинающих студентов, а книга Каллена больше подходит для продвинутого курса или в качестве справочного материала. ^{[ 4 ]}

Издания

Каллен, Герберт Б. (1960). Термодинамика: введение в физические теории равновесной термостатики и необратимой термодинамики (1-е изд.). Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. OCLC 630395039 . ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}
Каллен, Герберт Б. (1985). Термодинамика и введение в термостатику (2-е изд.). Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. ISBN 0-471-86256-8 . OCLC 1109708066 .

См. также

Ссылки

^ Шредер, Дэниел В. (2000). «Рекомендуемое чтение». Введение в теплофизику . Эддисон-Уэсли Лонгман. п. 397. ИСБН 0-201-38027-7 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Каллен, Герберт (1985). "Предисловие". Термодинамика и введение в термостатику . Джон Уайли и сыновья. ISBN 0-471-86256-8 .
^ Гриффитс, Роберт Б. (сентябрь 1987 г.). «Термодинамика и введение в термостатику» . Американский журнал физики . 55 (5): 860–1. Бибкод : 1987AmJPh..55..860C . дои : 10.1119/1.14986 . S2CID 122180304 .
^ Скотт, LC (февраль 1998 г.). «Термодинамика и введение в термостатику, 2-е изд.». Американский журнал физики . 66 (2): 164–7. Бибкод : 1998AmJPh..66..164C . дои : 10.1119/1.19071 .
^ Кестин, Дж. (1 сентября 1960 г.). Журнал прикладной механики . 27 (3): 599–600. дои : 10.1115/1.3644060 . ISSN 0021-8936 . {{cite journal}}: CS1 maint: периодическое издание без названия ( ссылка )
^ Бриджмен, PW (октябрь 1960 г.). Американский журнал физики . 28 (7): 684. Бибкод : 1960AmJPh..28..684C . дои : 10.1119/1.1935945 . ISSN 0002-9505 . {{cite journal}}: CS1 maint: периодическое издание без названия ( ссылка )

[1] Шредер, Дэниел В. (2000). «Рекомендуемое чтение». Введение в теплофизику . Эддисон-Уэсли Лонгман. п. 397. ИСБН 0-201-38027-7 .

[:4-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с Каллен, Герберт (1985). "Предисловие". Термодинамика и введение в термостатику . Джон Уайли и сыновья. ISBN 0-471-86256-8 .

[3] Гриффитс, Роберт Б. (сентябрь 1987 г.). «Термодинамика и введение в термостатику» . Американский журнал физики . 55 (5): 860–1. Бибкод : 1987AmJPh..55..860C . дои : 10.1119/1.14986 . S2CID 122180304 .

[:2-4] Скотт, LC (февраль 1998 г.). «Термодинамика и введение в термостатику, 2-е изд.». Американский журнал физики . 66 (2): 164–7. Бибкод : 1998AmJPh..66..164C . дои : 10.1119/1.19071 .

[5] Кестин, Дж. (1 сентября 1960 г.). Журнал прикладной механики . 27 (3): 599–600. дои : 10.1115/1.3644060 . ISSN 0021-8936 . {{cite journal}}: CS1 maint: периодическое издание без названия ( ссылка )

[6] Бриджмен, PW (октябрь 1960 г.). Американский журнал физики . 28 (7): 684. Бибкод : 1960AmJPh..28..684C . дои : 10.1119/1.1935945 . ISSN 0002-9505 . {{cite journal}}: CS1 maint: периодическое издание без названия ( ссылка )

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]