《波爾物理學(xué)講義》是一部傳承經(jīng)典、融合創(chuàng)新的物理學(xué)教材。本書(shū)較早版本源自羅伯特·維夏德·波爾在哥廷根大學(xué)講授了30余年的物理學(xué)入門(mén)課程，后又經(jīng)克勞斯·呂德斯和羅伯特·奧托·波爾編撰，既保留了波爾物理學(xué)注重實(shí)驗(yàn)的原始風(fēng)格，更融入了最新的科學(xué)進(jìn)展和教學(xué)技術(shù)，通過(guò)清晰的表述和豐富的實(shí)驗(yàn)演示，讓復(fù)雜的物理概念變得易于理解，激發(fā)讀者的探索興趣。從1930年第一版，到如今第21版（力學(xué)，聲學(xué)，熱學(xué)）和第24版（電磁學(xué)，光學(xué)），其獨(dú)特魅力歷久彌新。
本書(shū)是其中的熱學(xué)卷，系統(tǒng)闡述熱力學(xué)基礎(chǔ)及其應(yīng)用，內(nèi)容涵蓋從基本概念到分子層面解釋的廣泛主題。全書(shū)共分為7章，逐步深入探討熱力學(xué)的核心原理、實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)際應(yīng)用。第1章引入介紹熱力學(xué)基本概念，強(qiáng)調(diào)熱力學(xué)研究大量粒子的集體行為。第2和3章介紹能量守恒定律以及理想氣體、真實(shí)氣體，以能量守恒為核心，揭示了理想氣體與真實(shí)氣體在熱力學(xué)行為上的差異。第4章將宏觀熱現(xiàn)象與微觀分子運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)，介紹了熱的分子運(yùn)動(dòng)理論。第5章講述熱的輸運(yùn)過(guò)程，包括擴(kuò)散和熱傳導(dǎo)。第6和7章講解熱力學(xué)的核心概念之一熵以及熱力學(xué)第二定律。
實(shí)驗(yàn)是探索自然奧秘的重要途徑。本書(shū)最大的特色便是大量精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)。在過(guò)去的一百年里，這些實(shí)驗(yàn)在哥廷根的講堂上向?qū)W生們演示，而通過(guò)本書(shū)及附帶的大量視頻與插圖，更多讀者將有機(jī)會(huì)體驗(yàn)到這一過(guò)程。波爾物理學(xué)是實(shí)驗(yàn)為本教學(xué)理念的典范，它向我們展示了：通過(guò)實(shí)驗(yàn)如何向大自然提問(wèn)，以揭示其奧秘。
在這一版中，我們對(duì)文本的格式進(jìn)行了較大的調(diào)整以方便讀者閱讀。波爾的書(shū)現(xiàn)在不僅作為電子書(shū)首次出版，而且紙質(zhì)書(shū)以全新的格式出版。這一版的章節(jié)、圖片和公式的編號(hào)符合現(xiàn)代教科書(shū)的規(guī)范，而在每章的末尾附有相關(guān)的習(xí)題。
我們也對(duì)這一版附帶的視頻進(jìn)行了改進(jìn)。在電子書(shū)版本中，點(diǎn)擊文中的鏈接就能直接打開(kāi)視頻觀看*。對(duì)于最初與哥廷根科教片研究所(Institut fr den Wissenschaftlichen Film)合作制作的所有視頻，讀者現(xiàn)在可以享受到它們的原始畫(huà)質(zhì)和旁白解說(shuō)。我們對(duì)其他視頻進(jìn)行了不同程度的補(bǔ)充，還增加了一些新視頻。
與此同時(shí)，我們利用這次再版的機(jī)會(huì)對(duì)全部文本進(jìn)行了嚴(yán)格的檢查，對(duì)文本和圖片進(jìn)行了一些說(shuō)明，并增加了幾幅插圖(第12章和第19章**)。
我們要特別感謝哥廷根大學(xué)第一物理研究所的扎姆韋爾(K.Samwer)教授，他為這一版的付梓提供了多方面的幫助和支持。我們也特別感謝該研究所的博伊爾曼(G.Beuermann)、法伊斯特(J.Feist)和馬恩(C.Mahn)教授為本書(shū)提供的各種幫助。此外，我們要特別感謝柏林自由大學(xué)物理教育系的基爾施泰因(J.Kirstein)博士，正是他對(duì)視頻進(jìn)行了專(zhuān)業(yè)而高效的編輯。我們還要再次感謝柏林自由大學(xué)物理系的同仁們，他們提供了工作場(chǎng)地和相關(guān)的工作設(shè)備，并幫助解決了許多技術(shù)難題，特別是與計(jì)算機(jī)有關(guān)的問(wèn)題。最后，我們衷心感謝施普林格(Springer-Verlag)出版社，特別是施皮爾納(V.Spillner)博士、馬利(M.Maly)女士和薩利奧(B.Saglio)女士，與他們的合作愉快而有趣。
克勞斯·呂德斯(Klaus Lders)
羅伯特·奧托·波爾(Robert Otto Pohl)
2015年7月于柏林和哥廷根
本書(shū)較早版本源自羅伯特·維夏德·波爾在哥廷根大學(xué)講授了30余年的物理學(xué)入門(mén)課程，后又經(jīng)克勞斯·呂德斯和羅伯特·奧托·波爾編撰，是暢銷(xiāo)近百年的經(jīng)典物理學(xué)著作。
羅伯特·維夏德·波爾（Robert Wichard Pohl）：德國(guó)物理學(xué)家，哥廷根大學(xué)教授，被諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主內(nèi)維爾·弗朗西斯·莫特稱(chēng)為固體物理學(xué)之父。
【編者】
克勞斯·呂德斯（Klaus Lders）：德國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，柏林自由大學(xué)教授。
羅伯特·奧托·波爾（Robert Otto Pohl）：美國(guó)、德國(guó)物理學(xué)家，康奈爾大學(xué)教授，羅伯特·維夏德·波爾之子，曾榮獲凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的重要獎(jiǎng)項(xiàng)巴克利獎(jiǎng)，是美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士。
【譯者】
孫琦：復(fù)旦大學(xué)副教授，還譯有《物理學(xué)的歷程》《費(fèi)曼失落的講義》。
第1章 熱力學(xué)基本概念1
1.1 預(yù)先說(shuō)明 定義物質(zhì)的量1
1.2 溫度的定義和測(cè)量2
1.3 熱和熱容的定義7
1.4 潛熱 11習(xí)題15
第2章 熱力學(xué)第一定律與理想氣體狀態(tài)方程16
2.1 膨脹功和技術(shù)功 16
2.2 熱力學(xué)狀態(tài)變量 20
2.3 內(nèi)能U和熱力學(xué)第一定律21
2.4 狀態(tài)函數(shù)焓H 23
2.5 兩種比熱：cp和cv25
2.6 理想氣體狀態(tài)方程 絕對(duì)溫度 29
2.7 氣體的分壓相加 32
2.8 理想氣體量熱狀態(tài)方程 蓋-呂薩克節(jié)流閥實(shí)驗(yàn)34
2.9 理想氣體的狀態(tài)變化 38
2.10 多方過(guò)程和絕熱過(guò)程的應(yīng)用 測(cè)量K=cp/cv 45
2.11 氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和氣體壓縮機(jī)49習(xí)題51
第3章 真實(shí)氣體 52
3.1 真實(shí)氣體的相變52
3.2 區(qū)分液體和氣體 56
3.3 真實(shí)氣體的范德瓦耳斯方程 59
3.4 焦耳-湯姆森節(jié)流閥實(shí)驗(yàn)62
3.5 低溫技術(shù)與氣體液化 65
3.6 液化技術(shù)和氣體分離 67
3.7 蒸氣壓和沸點(diǎn) 三相點(diǎn) 69
3.8 受阻的液固相變 過(guò)冷液體 72
3.9 受阻的液氣相變 液體的拉伸強(qiáng)度 72
習(xí)題75
第4章 熱是隨機(jī)運(yùn)動(dòng)76
4.1 分子尺度上的溫度 76
4.2 氣體分子被反射后產(chǎn)生的反沖力輻射力81
4.3 氣體分子的速度分布和平均自由程 83
4.4 分子圖像下的摩爾熱容 能量均分原理86
4.5 滲透和滲透壓 90
4.6 根據(jù)氣壓方程用實(shí)驗(yàn)確定玻爾茲曼常量k 97
4.7 統(tǒng)計(jì)漲落和粒子數(shù)100
4.8 玻爾茲曼分布102
第5章 輸運(yùn)過(guò)程：擴(kuò)散和熱傳導(dǎo)105
5.1 預(yù)先說(shuō)明105
5.2 擴(kuò)散與混合105
5.3 菲克第一定律和擴(kuò)散常量106
5.4 準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散110
5.5 非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散112
5.6 對(duì)熱傳導(dǎo)和熱傳遞的一般性考量114
5.7 穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)117
5.8 非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)118
5.9 氣體中的輸運(yùn)過(guò)程，這些過(guò)程與壓強(qiáng)無(wú)關(guān) 119
5.10 平均自由程的確定 124
5.11 氣體中各輸運(yùn)過(guò)程的相互關(guān)聯(lián) 126
第6章 狀態(tài)函數(shù) 熵132
6.1 可逆過(guò)程132
6.2 不可逆過(guò)程134
6.3 利用狀態(tài)函數(shù)熵度量不可逆性137
6.4 分子圖像下的熵141
6.5 熵的計(jì)算舉例143
6.6 應(yīng)用熵描述封閉系統(tǒng)的可逆狀態(tài)變化148
6.7 H-S圖(莫利爾圖)及其應(yīng)用 超聲速氣體射流150習(xí)題155
第7章 將熱轉(zhuǎn)化為功 熱力學(xué)第二定律156
7.1 熱機(jī)和熱力學(xué)第二定律156
7.2 卡諾循環(huán)158
7.3 斯特林熱機(jī)159
7.4 技術(shù)熱機(jī)162
7.5 熱泵(制冷機(jī))164
7.6 溫度的熱力學(xué)定義167
7.7 氣動(dòng)機(jī) 自由能和束縛能168
7.8 自由能應(yīng)用舉例170
7.9 人體的等溫過(guò)程173
習(xí)題175
習(xí)題答案176
索引178
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