Настоящая книга представляет собой теоретический курс термодинамики. Это значит, что у читателя предполагается известное знакомство с экспериментальными данными о тепловых явлениях в пределах курса общей физики. Нам представляется весьма желательным, чтобы приступающие к изучению теоретической физики располагали такой подготовкой. Однако для удобства тех читателей, которые предпочитают начать изучение курса с введения в него или хотели бы вспомнить основные положения, в гл. 1 и 2 дается их соответствующий обзор. Остальная часть представляет собой самостоятельный учебник, так что многие читатели смогут опустить первые две главы или пользоваться ими лишь как справочным материалом при чтении основного текста.
В отличие от других разделов теоретической физики термодинамика не нуждается в применении сложного математического аппарата — последний ограничивается элементами математического анализа. Несмотря на эту формальную простоту (или, возможно, вследствие нее), термодинамика представляется окутанной дымкой абстрактности, которую нужно преодолеть, чтобы хорошо овладеть предметом. Можно, например, сразу прибегнуть к молекулярно-кине-тической теории тепла. Этот путь, несомненно, так или иначе приведет к удовлетворительным результатам. Однако, поскольку молекулярная теория должна выводиться из макроскопического опыта, а не наоборот, в этой книге избран феноменологический подход к термодинамике. Будучи однажды усвоен, он создает естественную базу для перехода к изучению статистической механики. Временами мы, конечно, будем обращаться к молскулярно-кинетической природе тепла с целью содействовать лучшему пониманию изложения, но будем избегать строить «доказательства» па такой основе.
В наше время студенту, занимающемуся физикой, в самом деле приходится постигать многое. Однако он не может обойтись без изучения «законченных» глав физики, одной из которых яаляетсяртермодинамика. Поэтому важно дать студенту возможность получить правильное представление о предмете, не прибегая к чтению слишком больших книг. Имея это в виду, мы рассмотрели лишь ограниченный круг задач прикладного характера и выбирали их с целью пояснить общие основы теории.
Таким образом, мы оставили в стороне много конкретных вопросов, имеющих важное значение, как, например, термодинамику магнетиков и сверхпроводников. Этими примерами можно было бы, конечно, воспользоваться для иллюстрации теории, однако наша цель заключалась в том, чтобы изложить принципы термодинамики. При этом мы не стремились дать руководство к разнообразным ее приложениям, которое по необходимости оказалось бы весьма обширным. Мы надеемся, однако, что эта книга позволит студентам без труда читать текущую литературу по термодинамике и пользоваться специальными монографиями, таблицами и справочниками.
Мы выражаем признательность докторам де Буру, Гриффитсу, Куку, Куну, Микелсу, Олсену, Треппенье, Хеммеру, Хайз-Ходжу за ценные замечания и г-же Одде и г-же Аазен за помощь в подготовке рукописи. Мы благодарим также издательство «Оксфорд юниверсити пресс» за разрешение воспроизвести некоторые из задач, предлагавшихся на экзаменах в Оксфордском университете.
Оксфорд, Англия Трондхейм, Норвегия Июнь 1966
Д. Тер Хаар Г. Вергеланд
ОГЛАВЛЕНИЕ
От редакции.....• •................ 5
Предисловие....................... 6
Введение......................... 9
Глава 1. ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
§ 1. Термодинамическое состояние........ 13
§ 2. Примеры.................. 15
§ 3. Внутренняя энергия............. 23
§ 4. Обратимые процессы............ 27
Глава 2. ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
§ 1. Формулировки второго закона........ 35
§ 2. Цикл Карно................. 37
§ 3. Энтропия.................. 44
§ 4. Примеры.................. 48
§ 5. Энтропия и вероятность........... 52
§ 6. Функции состояния............. 55
§ 7. Примеры и приложения........... 59
§ 8. Макроскопическое движение........ 66
Глава 3. условия РАВНОВЕСИЯ
§ 1. Отклонения от равновесия......... 67
§ 2. Изолированные, системы ........... 68
§ 3. Открытые системы............. 70
§ 4. Принцип виртуальных перемещений..... 73
§ 5. Локальные условия равновесия....... 74
§ 6. Устойчивость термодинамического равновесия 76
----- ОГЛАВЛЕНИ1
Глава 4. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПОТЕНЦИАЛЫ
§ 1. Максимальная работа............ 7?
§ 2. Уравнения Гиббса — Гельмгольца...... §1
Глава 5. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПЕРЕМЕННЫХ
§ 3. Принцип Ле-Шателье . § 4. Химическое сродство .
85
§ 1. Применение детерминантов Якоби.....
§ 2. Преобразования Лежандра......... 89
§ 3. Примеры.................. 90
Глава 6. СИСТЕМЫ с ПЕРЕМЕННОЙ МАССОЙ
§ 1. Химический потенциал........... 99
§ 2. Примеры................. 103
§ 3. Смеси................... 112
§ 4. Соотношение Гиббса—Дюге.ма....... 114
§ 5. Парциальные молекулярные величины ... 115
§ 6. Гетерогенные многокомпонентные системы 118
§ 7. Идеальные смеси.............. 124
§ 8. Общие условия равновесия. Устойчивость 132
& о и,.,,,-.......-
9. Неидеальные растворы........... 135
§ 10. Разбавленные растворы.......... 137
§ 11. Примеры .................. 137
§ 12. Электролиты................ 145
Глава 7. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
§ 1. Координата реакции.............156
§ 2. Закон действующих масс..........159
Л Q ТТ------------ " •••
162 163
Глава 8. ТРЕТИЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
§ 1. Тепловая теорема Нернста......... 168
§ 2. Недостижимость абсолютного нуля..... 172
§ 3. Постоянная давления пара.......... 176
ОГЛАВЛЕНИЕ „.„
Глава 9. СИСТЕМЫ во ВНЕШНИХ полях
§ 1. Гравитационное поле............180
§ 2. Примеры..................183
ПРИЛОЖЕНИЯ
A. НЕКОТОРЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ ........ 187
Б. КРИТИЧЕСКИЕ СОСТОЯНИЯ.............. 188
B. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ........... 202
§ 1. Множители Лагранжа............ 202
§ 2. Преобразования Лежандра......... 204
§ 3. Якобианы..................205
ч*
Г. ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ ТЕМПЕРАТУРЫ............209
Цена: 75руб.
