Учебное издание. — Пер. с. англ. — М.: Энергия, 1970. — 503 с.: ил.
Книга М. Трайбуса представляет собой систематизацию курса лекций,
прочитанных автором в ряде высших учебных заведений США. Самым
ценным в этой книге является новый подход к изложению термодинамики
обратимых и необратимых процессов, основанный на теории информации,
что позволило автору дать принципиально новое, простое и наглядное
обоснование законов и понятий термодинамики. Например, понятие
энтропии, вводимое на основе теории информации, позволяет дать ей
наглядное физическое представление. На основе понятия энтропии и
внутренней энергии дается определение давления и температуры.
Теплота и работа определяются на основе квантовой механики. Такое
обоснование основных положений и принципов термодинамики позволяет
рассматривать единым методом как обратимые, так и необратимые
процессы, что является большим преимуществом перед другими методами
изложения термодинамики обратимых и необратимых процессов.
С методической стороны книга написана очень удачно. Изложение
сложных вопросов иллюстрируется наглядными примерами из области
физики и техники, много хорошо выполненных иллюстраций. Поэтому
монография может служить учебным пособием для аспирантов и
студентов. Книга написана в живой и доступной форме и найдет
распространение среди самого широкого круга читателей — от учеников
старших классов до преподавателей высших учебных заведений.
Оглавление (под спойлером).
Введение [История термодинамики]
Энергетические методы и консервативные системы
Рычаг
Виртуальная работа
Понятие количества движения и энергии в динамических системах
Потенциалы
Приложение к гравитационным полям
Упругие поля
Ограниченность энергетических методов
Осцилляторы
Общее понятие работы
Краткие выводы
Работа и мощность
Роль трения
Трудности исследования детальной картины движения молекул
Принцип неопределенности Гейзенберга
Статистические методы
Роль неопределенности в науке и технике
Природа статистических методов
Символы и условные обозначения
Вероятность и частота
Понятие математического ожидания
Дисперсия
Относительное отклонение
Естественная мера неопределенности
Формула Шеннона
Формализм статистической механики
Предупреждение ошибок
Метод неопределенных множителей Лагранжа
Формализм Джейнса
Пример с монетой
Замечание о роли λ
Значение формализма Джейнса
Идеальный одноатомный газ
Идеализация
Квантовомеханический подход
Статистический подход
Проблема N частиц
Давление
Единицы измерения
Доказательство законности замены сумм интегралами
Распределение Максвелла
Непрерывные и дискретные распределения
Сравнение с экспериментом
Испарение и термодиффузия
Замечания по формализму Джейнса
Общее понятие температуры
Макроскопическое понятие «тепла»
Случай, когда частицы не являются независимыми
Физический смысл параметра β. Понятие теплового равновесия
Понятие о термометре
Понятие отрицательной абсолютной температуры
Макроскопические свойства закрытых систем
Закрытая система
Макроскопическое понятие «тепла»
«Средняя» или «равновесная» сила
Эксперименты Джоуля и первый закон термодинамики
Различие понятий «теплоты» и «энергии»
Физическая мера энтропии (S)
Третий закон термостатики
Второй закон термостатики
Теорема Карно
Общее понятие трения
Понятие теплоемкости
Энтальпия
Смысл параметра ψ
Идеальный двухатомный газ и идеальное кристаллическое твердое тело
Идеализация
Степени свободы
Поступательное движение
Колебательное движение
Вращательное движение
Экспериментальное определение энергетических уровней методом спектроскопии
Практические расчеты
Третий закон термодинамики и спектроскопический метод
Симметричные и несимметричные молекулы
Более сложные газы
Твердые тела
Эйнштейновское твердое тело
Правило Коппа
Предельные теплоемкости при высоких температурах
Теплоемкость жидкостей
Сложные органические газы
Уравнение состояния. Некоторые эмпирические и полуэмпирические методы
Понятия свойства и состояния
Поверхность P—V—T
Эмпирическое построение кривых
Вириальное уравнение состояния
Использование приведенных координат
Расчет с помощью других параметров
Эмпирические уравнения
Жидкости
Твердые тела
Переменные P—V—T
Основное уравнение
Связь между основным уравнением и уравнением состояния
Замена переменных
Замена переменных с помощью якобианов
Применение. якобианов в уравнениях термостатики
Приложение к физическим системам
Энергия как функция Т и V
Соотношение между Сp и Сv
Пример расчета с помощью уравнения состояния
Пример расчета с помощью диаграмм сжатия
Уравнение Клаузиуса — Клапейрона
Модуль упругости твердых тел
Минимальное количество экспериментов, необходимое для определения всех термостатических характеристик системы с неизменной массой
Приложение. Свойства якобианов
Макроскопическая термостатика закрытых систем
Макроскопическая и микроскопическая точки зрения
Некоторые необходимые определения
Последовательность рассуждений
Работа расширения
Диаграммы Р-V и T-S
Значение изоэнтропических процессов
Истечение газа из сосуда
Приток газа в сосуд
Методика решения задач (закрытые системы)
Пример. Воздушный компрессор
Поршневые паровые машины
Цикл Отто
Цикл Дизеля
Приложение. Диаграмма потока информации
Системы со стационарными потоками
Типы потоков
Энергетический баланс в системе со стационарным потоком
Применение формализма
Классификация процессов
Члены гравитационной энергии
Члены, учитывающие работу потока
Члены, учитывающие кинетическую энергию
Процессы дросселирования
Производители работы (стационарный поток)
Потребители работы
Анализ циклов. Общий метод
Большой термодинамический потенциал и общие критерии равновесия
Понятие открытой системы
Определение открытой системы
Неопределенность
Физический смысл множителей Лагранжа
Макроскопическое поведение
Изменение потенциала Планка в зависимости от температуры, давления и состава
Расчет потенциала Планка для идеального двухатомного газа
Летучесть газов
Большой термодинамический потенциал системы независимых частиц (бозоны)
Различные «типы» статистик
Растворы и гетерогенные системы
Парциальные молярные величины
Определение парциальных молярных объемов на основе экспериментальных данных
Определение парциальных молярных энтальпий на основе экспериментальных данных
Парциальные молярные теплоемкости
Использование якобианов для системы с переменным составом
Сводка соотношений между якобианами
Выражение любой производной через измеримые свойства
Измерения, необходимые для вычисления потенциала Планка при любом давлении, температуре и составе
Понятие идеального раствора
Давление пара идеального раствора при низком общем давлении
Бинарные двухфазные системы
Обсуждение условностей
Примеры неидеальных растворов
Некоторые законы разбавленных растворов
Определение потенциала Планка одного компонента по заданному потенциалу Планка другого компонента
Правило фаз
Основное уравнение для однокомпонентной системы
Однокомпонентные двухфазные системы
Смеси паров (психрометрия)
Приложение. Многомерные якобианы
Термостатические характеристики химически активных систем
Макроскопическое описание
Пример использования стандартных энтальпий
Экспериментальные методы
Химическое равновесие
Пример
Применение к одновременно протекающим реакциям
Температура пламени
Оператор Δ
Изменение константы химического равновесия при изменении температуры (идеальные смеси идеальных газов)
Постоянные химического равновесия и стандартные свободные энергии. Общий случай
Соглашения. Таблицы стандартных свободных энергий
Замечание относительно ядерной энергии
Химическая кинетика
Введение переменных, отличных от давления
Общие замечания
Гравитационное поле
Теория флюктуаций
Осмотическое давление
Системы, накапливающие электрические заряды
Конденсаторы и батареи
Зарядка конденсатора
Диэлектрическая проницаемость
Ферроэлектрический преобразователь
Электрохимические элементы
Уравнения термостатики для электрохимических элементов
Обзор результатов для электрических элементов
Термостатические свойства топливных элементов
Термодинамические свойства топливных элементов
Статистическое описание парамагнитных материалов
Макроскопическое описание магнитных систем
Магнитная температура
Поверхностное натяжение
Изменение состава в зависимости от поверхности
Термодинамические свойства электронов в металлах
Упрощенная теория «электронного газа»
Термоэлектронная эмиссия и уравнение Ричардсона
Излучение черного тела
Термодинамика существенно необратимых процессов
Стационарные взаимосвязанные потоки
Понятие потока. Правило Онзагера
Тепловая полупроницаемость
Тепловая полупроницаемость как источник двигательной энергии
Несоответствие слов «причина» и «следствие»
Особая роль мембраны или разделительной поверхности
Осторожность при использовании терминов «теплота» и «работа»
Линеаризованное рассмотрение взаимосвязанных потоков
Применение в термопарах
Некоторые выводы о термопарах, используемых для производства энергии или охлаждения
Обобщенное описание линейных систем, используемых для производства энергии
Термоэлектронная машина
Правило Онзагера и термоэлектронная машина
Термодинамика, физическая и коллоидная химия,
смежные вопросы: аннотированный список литературы
Введение [История термодинамики]
Энергетические методы и консервативные системы
Рычаг
Виртуальная работа
Понятие количества движения и энергии в динамических системах
Потенциалы
Приложение к гравитационным полям
Упругие поля
Ограниченность энергетических методов
Осцилляторы
Общее понятие работы
Краткие выводы
Работа и мощность
Роль трения
Трудности исследования детальной картины движения молекул
Принцип неопределенности Гейзенберга
Статистические методы
Роль неопределенности в науке и технике
Природа статистических методов
Символы и условные обозначения
Вероятность и частота
Понятие математического ожидания
Дисперсия
Относительное отклонение
Естественная мера неопределенности
Формула Шеннона
Формализм статистической механики
Предупреждение ошибок
Метод неопределенных множителей Лагранжа
Формализм Джейнса
Пример с монетой
Замечание о роли λ
Значение формализма Джейнса
Идеальный одноатомный газ
Идеализация
Квантовомеханический подход
Статистический подход
Проблема N частиц
Давление
Единицы измерения
Доказательство законности замены сумм интегралами
Распределение Максвелла
Непрерывные и дискретные распределения
Сравнение с экспериментом
Испарение и термодиффузия
Замечания по формализму Джейнса
Общее понятие температуры
Макроскопическое понятие «тепла»
Случай, когда частицы не являются независимыми
Физический смысл параметра β. Понятие теплового равновесия
Понятие о термометре
Понятие отрицательной абсолютной температуры
Макроскопические свойства закрытых систем
Закрытая система
Макроскопическое понятие «тепла»
«Средняя» или «равновесная» сила
Эксперименты Джоуля и первый закон термодинамики
Различие понятий «теплоты» и «энергии»
Физическая мера энтропии (S)
Третий закон термостатики
Второй закон термостатики
Теорема Карно
Общее понятие трения
Понятие теплоемкости
Энтальпия
Смысл параметра ψ
Идеальный двухатомный газ и идеальное кристаллическое твердое тело
Идеализация
Степени свободы
Поступательное движение
Колебательное движение
Вращательное движение
Экспериментальное определение энергетических уровней методом спектроскопии
Практические расчеты
Третий закон термодинамики и спектроскопический метод
Симметричные и несимметричные молекулы
Более сложные газы
Твердые тела
Эйнштейновское твердое тело
Правило Коппа
Предельные теплоемкости при высоких температурах
Теплоемкость жидкостей
Сложные органические газы
Уравнение состояния. Некоторые эмпирические и полуэмпирические методы
Понятия свойства и состояния
Поверхность P—V—T
Эмпирическое построение кривых
Вириальное уравнение состояния
Использование приведенных координат
Расчет с помощью других параметров
Эмпирические уравнения
Жидкости
Твердые тела
Переменные P—V—T
Основное уравнение
Связь между основным уравнением и уравнением состояния
Замена переменных
Замена переменных с помощью якобианов
Применение. якобианов в уравнениях термостатики
Приложение к физическим системам
Энергия как функция Т и V
Соотношение между Сp и Сv
Пример расчета с помощью уравнения состояния
Пример расчета с помощью диаграмм сжатия
Уравнение Клаузиуса — Клапейрона
Модуль упругости твердых тел
Минимальное количество экспериментов, необходимое для определения всех термостатических характеристик системы с неизменной массой
Приложение. Свойства якобианов
Макроскопическая термостатика закрытых систем
Макроскопическая и микроскопическая точки зрения
Некоторые необходимые определения
Последовательность рассуждений
Работа расширения
Диаграммы Р-V и T-S
Значение изоэнтропических процессов
Истечение газа из сосуда
Приток газа в сосуд
Методика решения задач (закрытые системы)
Пример. Воздушный компрессор
Поршневые паровые машины
Цикл Отто
Цикл Дизеля
Приложение. Диаграмма потока информации
Системы со стационарными потоками
Типы потоков
Энергетический баланс в системе со стационарным потоком
Применение формализма
Классификация процессов
Члены гравитационной энергии
Члены, учитывающие работу потока
Члены, учитывающие кинетическую энергию
Процессы дросселирования
Производители работы (стационарный поток)
Потребители работы
Анализ циклов. Общий метод
Большой термодинамический потенциал и общие критерии равновесия
Понятие открытой системы
Определение открытой системы
Неопределенность
Физический смысл множителей Лагранжа
Макроскопическое поведение
Изменение потенциала Планка в зависимости от температуры, давления и состава
Расчет потенциала Планка для идеального двухатомного газа
Летучесть газов
Большой термодинамический потенциал системы независимых частиц (бозоны)
Различные «типы» статистик
Растворы и гетерогенные системы
Парциальные молярные величины
Определение парциальных молярных объемов на основе экспериментальных данных
Определение парциальных молярных энтальпий на основе экспериментальных данных
Парциальные молярные теплоемкости
Использование якобианов для системы с переменным составом
Сводка соотношений между якобианами
Выражение любой производной через измеримые свойства
Измерения, необходимые для вычисления потенциала Планка при любом давлении, температуре и составе
Понятие идеального раствора
Давление пара идеального раствора при низком общем давлении
Бинарные двухфазные системы
Обсуждение условностей
Примеры неидеальных растворов
Некоторые законы разбавленных растворов
Определение потенциала Планка одного компонента по заданному потенциалу Планка другого компонента
Правило фаз
Основное уравнение для однокомпонентной системы
Однокомпонентные двухфазные системы
Смеси паров (психрометрия)
Приложение. Многомерные якобианы
Термостатические характеристики химически активных систем
Макроскопическое описание
Пример использования стандартных энтальпий
Экспериментальные методы
Химическое равновесие
Пример
Применение к одновременно протекающим реакциям
Температура пламени
Оператор Δ
Изменение константы химического равновесия при изменении температуры (идеальные смеси идеальных газов)
Постоянные химического равновесия и стандартные свободные энергии. Общий случай
Соглашения. Таблицы стандартных свободных энергий
Замечание относительно ядерной энергии
Химическая кинетика
Введение переменных, отличных от давления
Общие замечания
Гравитационное поле
Теория флюктуаций
Осмотическое давление
Системы, накапливающие электрические заряды
Конденсаторы и батареи
Зарядка конденсатора
Диэлектрическая проницаемость
Ферроэлектрический преобразователь
Электрохимические элементы
Уравнения термостатики для электрохимических элементов
Обзор результатов для электрических элементов
Термостатические свойства топливных элементов
Термодинамические свойства топливных элементов
Статистическое описание парамагнитных материалов
Макроскопическое описание магнитных систем
Магнитная температура
Поверхностное натяжение
Изменение состава в зависимости от поверхности
Термодинамические свойства электронов в металлах
Упрощенная теория «электронного газа»
Термоэлектронная эмиссия и уравнение Ричардсона
Излучение черного тела
Термодинамика существенно необратимых процессов
Стационарные взаимосвязанные потоки
Понятие потока. Правило Онзагера
Тепловая полупроницаемость
Тепловая полупроницаемость как источник двигательной энергии
Несоответствие слов «причина» и «следствие»
Особая роль мембраны или разделительной поверхности
Осторожность при использовании терминов «теплота» и «работа»
Линеаризованное рассмотрение взаимосвязанных потоков
Применение в термопарах
Некоторые выводы о термопарах, используемых для производства энергии или охлаждения
Обобщенное описание линейных систем, используемых для производства энергии
Термоэлектронная машина
Правило Онзагера и термоэлектронная машина