Несомненно, что этот оригинальный учебник-задачник принесет большую пользу студентам, приступающим к изучению курса термодинамики, и аспирантам, как физикам, так и химикам; он может быть широко использован также^ преподавателями университетов и физико-технических вузов.
Перевод выполнили А. Г. Башкиров (гл. 1 и 2) и Е. Е. Тареева (гл. 3 и 4).
Д. Н. Зубарев Н. М. Планида
Предисловие к английскому изданию
Предлагаемая книга представляет собой первые четыре главы учебника «Задачи и примеры по термодинамике и статистической механике», опубликованного в «Университетской серии» японским издательством «Сокабо». Несмотря на то что английский перевод второй части этого учебника под названием «Статистическая механика. Современный курс с задачами и решениями» вышел в издательстве «Норе Холланд компани» раньше, предлагаемую книгу следует рассматривать как первый том учебника.
Английское название несколько отличается от оригинального, что, по-видимому, отражает некоторое недопонимание целей, преследовавшихся авторами при написании книги. Это отнюдь не обычный учебник, а скорее пособие, призванное помочь студенту активно изучить предмет путем самостоятельных размышлений и решения задач. При этом приводимые в тексте решения задач могут быть использованы самым различным образом. Поэтому материал, помещенный в разделах «Основные положения», написан по возможности сжато, с тем чтобы читателю было удобно просматривать его повторно при решении задач. Значительная часть вопросов, обычно рассматриваемых в учебниках, приводится в замаскированной форме — в задачах и примерах. В этом смысле настоящая книга дает замкнутое изложение предмета. Тем не менее следует порекомендовать студентам наряду с настоящей книгой пользоваться также каким-либо стандартным учебником.
Перевод с японского на английский был сделан в основном доктором Хадзими Секи, некоторые разделы перевели авторы. Как редактору японского и английского изданий мне хотелось бы выразить глубокую благодарность доктору X. Секи, а также профессорам Б. Спрингеру и Д. Уорсу, которые взяли на себя труд прочитать рукопись и помогли нам преодолеть некоторые лингвистические трудности. Я также благодарен миссис Н. Хасидзуме и миссис М. Сузуки за помощь в подготовке рукописи.
Риого Кубо
Предисловие к японскому изданию
Термодинамика и статистическая механика совершенно необходимы при изучении физических свойств вещества. Статистическая механика наряду с квантовой механикой является основой современной физики; ее цель состоит во всестороннем исследовании физических явлений с микроскопической точки зрения на основе атомной физики. Поэтому глубокие знания статистической механики и умение применять ее на практике необходимы не только студентам, изучающим физические свойства вещества, но и тем, кто занимается ядерной физикой и даже астрофизикой. Вне рамок физики статистическая механика теперь все больше и больше проникает в такие науки, как химия, биология и те многочисленные области техники, развитие которых связано с успехами современной физики.
Термодинамика всецело принадлежит классической физике, и поэтому иногда студенты, увлеченные изучением современной физики, считают ее малозначительной наукой. Даже для студентов-химиков положение стало совершенно иным, чем несколько десятилетий назад, когда физическая химия представляла собой не что иное, как химическую термодинамику. Необходимо подчеркнуть, что и сейчас термодинамика, представляющая собой один из основных разделов физики, играет столь же важную роль, как и во второй половине прошлого века. Термодинамика демонстрирует ценность феноменологического подхода. В ней не используются в явном, виде какие-либо физические образы или модели, например представления об атомах или молекулах, а устанавливаются соотношения между такими несколько абстрактными величинами, как энергия, энтропия, свободная энергия и т. д. При этом термодинамика не опирается на интуитивные представления, как атомная теория; это является одной из причин того, что студенты считают термодинамику трудной для усвоения и не умеют применять ее для рассмотрения конкретных задач. Однако благодаря простоте логических построений термодинамика часто позволяет с очень общих позиций разобраться в физической сути данной задачи. В этом состоит огромное преимущество феноменологического подхода.
Оглавление
Предисловие редакторов перевода................ 5
Предисловие к английскому изданию............... 6
Предисловие к японскому изданию................ 7
Глава 1. Термодинамическое состояние и первый закон термодинамики ......................... 11
Основные положения............... 11
§ 1. Предмет термодинамики.............. 11
§ 2. Понятие теплового равновесия (нулевой закон термодинамики) ..................... 12
§ 3. Термодинамический контакт............ 13
§ 4. Термодинамические величины........... 14
§ 5.,Процесс изменения состояния........... 15
§ 6. Первый закон термодинамики........... 16
§ 7. Теплота и энтальпия............... 19
§ 8. Применение первого закона термодинамики к инфи-
нитезимальным процессам............. 20
§ 9. Температура.................... 21
§ 10. Теплоемкость. Удельная теплоемкость....... 22
§ 11. Уравнение состояния............... 23
§ 12. Замена независимых переменных.......... 29
Примеры........................ 29
Задачи ......................... 42
Решения ........................ 48
- Литература .................... 71
Глава 2. Второй закон термодинамики.............. 72
Основные положения............... 72
§ 1. Обратимые и необратимые процессы........ 72
§ 2. Лемма (цикл Карно)............... 73
§ 3. Второй закон термодинамики........... 74
§ 4. Коэффициент полезного действия общего цикла Карно 75
§ 5. Абсолютная температура............. 77
§ 6. Неравенство Клаузиуса для произвольного цикла 81
§ 7. Энтропия..................... 82
§ 8. Аддитивность энтропии............... 83
' § 9. Общая формулировка второго закона термодинамики 86
§ 10. Направление реальных процессов.......... 87
§ 11. Максимальная и минимальная работа........ 89
Примеры.......................... 90
Задачи........................... 97
Решения.......................... 106
Литература ..................... 141
Глава 3. Термодинамические функции и условия равновесия . . . 142
Основные положения............ . . . 142
§ 1. Термодинамические функции............. 142
§ 2. Преобразование Лежандра.............. 146
§ 3. Уравнение Гиббса — Дюгема............. 146
§ 4. Определение термодинамических величин и термодинамические соотношения............... 147
§ 5. Третий закон термодинамики (теорема Нернста —
Планка) ...................... 149
§ 6. Равновесие двух систем............... 150
§ 7. Условия равновесия для заданного термостата..... 151
§ 8. Термодинамические неравенства........... 153
§ 9. Принцип Ле-Шателье — Брауна........... 156
Примеры........................ 158
Задачи ......................... 170
Решения........................ 176
Литература .................... 198
Глава 4. Равновесие фаз и химическое равновесие......... 199
Основные положения............... 199
§ 1. Фаза....................... 199
§ 2. Равновесие между различными фазами чистого вещества ....................... 199
§ 3. Поверхностное натяжение............. 201
§ 4. Равновесие в многокомпонентной многофазной системе 202
§ 5. Правило фаз Гиббса................ 204
§ 6. Химический потенциал газа .'........... 206
§ 7. Химический потенциал и давление насыщенных паров
жидкостей и твердых тел............. 208
§ 8. Разбавленные растворы.............. 209
§ 9. Идеальные растворы (идеальные твердые растворы) и
регулярные растворы............... 210
§ 10. Выражения для концентрации растворов..... 211
§ 11. Активность и коэффициент активности...... 211
§ 12*.Растворы сильных электролитов......... 212
§ 13. Химическое равновесие.............. 214
§ 14. Термодинамика электрохимического элемента .... 216
§ 15. Применение третьего закона термодинамики .... 219
Примеры........................ 22Q
Задачи ......................... 237
Решения........................ 251
Литература......................... 297
Предметный указатель...................... 299
Цена: 150руб.
