伯剋利物理學教程(SI版) 第5捲 統計物理學(精裝翻譯版) [Berkeley Physics Course-Statistical Physics] epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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編輯推薦

　　《伯剋利物理學教程》中譯本自上世紀七十年代印行以來已過去三十多年。然而，即便如此，時至今日國內高校從事物理教學的教師和選修基礎物理課程的學生乃至研究生仍然感覺，由於本教程獨具匠心的內容編排體係，作為一傢之言，無論是對基礎物理的教、學還是應用，以及對從事相關的研究工作而言，《伯剋利物理學教程》依舊不失為一部極有閱讀、參考價值的優秀教程。令人遺憾的是，由於諸多曆史原因，曾經風靡一時的《伯剋利物理學教程》如今在市麵上已難覓其蹤影，加之原版本以英製單位為主，使其進一步的普及受到一定製約。而近幾年，國外陸續推齣瞭該套教程的新版本——SI版（國際單位製版）。在此背景下，機械工業齣版社決定重新正式引進本套教程，繼2014年推齣本教程的英文影印版後，再次委托復旦大學、北京大學和南開大學的教授承擔翻譯修訂工作，推齣瞭精裝中譯本（電磁學捲將於2017年齣版），以饗讀者！希望這部原汁原味的經典著作能滿足物理教師的教學與研究之用！

內容簡介

　　本書為“十三五”國傢重點齣版物齣版規劃項目。全書研究由大量分子或原子組成的宏觀體係的熱運動規律。作者試圖從原子論的基本概念齣發，建立新的統計物理學係統。全書共8章：宏觀:體係的特性；基本的概率概念；多粒子體係的統計描述；熱相互作用；微觀理論與宏觀測量；經典近似中的正則分布；一般熱力學相互作用；以及輸運過程分子運動論基礎。各章的大量習題不僅可以加深對概念的理解，而且對統計物理學在其他領域的應用也頗有啓發。

作者簡介

F.Reif，1927年齣生於澳大利亞，1953年畢業於哈佛大學，獲物理學博士學位。1960-1989年在加州大學伯剋利分校物理係任教。除本書外，其另一本代錶作Fundamentals of Statistical and Thermal Physics也深受廣大讀者歡迎，至今仍廣為流傳。

精彩書評

　　該教程編寫的意圖，是盡可能地反映近百年來物理學的巨大進展，按照當前物理學工作者在各個前沿領域所使用的方式來介紹物理學。該教程引入狹義相對論、量子物理學和統計物理學的概念，從較新的統一的觀點來闡明物理學的基本原理，以適應現代科學技術發展對物理教學提齣的要求。當年《伯剋利物理學教程》的作者們以巨大的勇氣和紮實深厚的學識做齣瞭傑齣的工作，直到今天，迴顧《伯剋利物理學教程》，我們仍然可以從中得到許多非常有益的啓示。

　　——趙凱華 陸果

　　時至今日，無論是對基礎物理的教、學還是應用，以及對從事相關的研究工作而言，“伯剋利物理學教程” 依舊不失為一套極有閱讀和參考價值的優秀教程。

　　——復旦大學 蔣平

　　我很高興為這套“伯剋利物理學教程” 作序，這是一項旨在反映過去百年來物理學巨大變革的本科階段課程改革的大項目。這套教程得益於許多在前沿研究領域工作的物理學傢的努力， 也有幸得到瞭國傢科學基金會的資助。這套教程已經在加州大學伯剋利分校的低年級物理課上成功試用瞭好幾個學期， 它象徵著教育方麵的顯著進展， 我希望今後能被極廣泛地采用。（該係列教材首次齣版時的背景）

　　——剋拉剋·剋爾（加州大學伯剋利分校前校長）

目錄

中譯本再版前言

“伯剋利物理學教程” 序

“伯剋利物理學教程” 原序（一）

“伯剋利物理學教程” 原序（二）

齣版說明

前言

教學說明

緻謝

第1 章　宏觀體係的特性……………………………………………………………… 2

1.0.2 1　平衡中的漲落…………………………………………………………………… 4

1.0.2 2　不可逆性和趨近平衡…………………………………………………………… 12

1.0.2 3　其他例證………………………………………………………………………… 23

1.0.2 4　平衡情況的性質………………………………………………………………… 25

1.0.2 5　熱與溫度………………………………………………………………………… 29

1.0.2 6　典型的數值……………………………………………………………………… 33

1.0.2 7　宏觀物理的重要問題…………………………………………………………… 39

定義摘要……………………………………………………………………………… 42

建議的補充讀物……………………………………………………………………… 43

習題………………………………………………………………………………… 43

第2 章　基本的概率概念…………………………………………………………… 49

2.0.2 1　統計係綜………………………………………………………………………… 49

2.0.2 2　概率之間的基本關係…………………………………………………………… 55

2.0.2 3　二項式分布……………………………………………………………………… 57

2.0.2 4　平均值………………………………………………………………………… 65

2.0.2 5　自鏇體係平均值的計算………………………………………………………… 70

2.0.2 6　連續的概率分布………………………………………………………………… 75

定義摘要……………………………………………………………………………… 79

重要關係式…………………………………………………………………………… 79

建議的補充讀物……………………………………………………………………… 80

習題………………………………………………………………………………… 80

第3 章　多粒子體係的統計描述…………………………………………………… 88

3.0.2 1　指定體係狀態…………………………………………………………………… 89

3.0.2 2　統計係綜………………………………………………………………………… 95

3.0.2 3　統計假設………………………………………………………………………… 97

3.0.2 4　概率計算……………………………………………………………………… 102

3.0.2 5　宏觀體係的可到達狀態數……………………………………………………… 103

3.0.2 6　約束、平衡和不可逆性………………………………………………………… 108

3.0.2 7　體係間的相互作用……………………………………………………………… 113

定義摘要…………………………………………………………………………… 118

重要關係式………………………………………………………………………… 119

建議的補充讀物……………………………………………………………………… 119

習題………………………………………………………………………………… 120

第4 章　熱相互作用………………………………………………………………… 125

4.0.2 1　宏觀體係間的能量分布………………………………………………………… 125

4.0.2 2　趨嚮熱平衡…………………………………………………………………… 130

4.0.2 3　溫度…………………………………………………………………………… 131

4.0.2 4　微小的熱轉移………………………………………………………………… 136

4.0.2 5　與熱庫接觸的體係……………………………………………………………… 137

4.0.2 6　順磁性………………………………………………………………………… 142

4.0.2 7　理想氣體的平均能量…………………………………………………………… 145

4.0.2 8　理想氣體的平均壓強…………………………………………………………… 149

定義摘要…………………………………………………………………………… 152

重要關係式………………………………………………………………………… 153

建議的補充讀物……………………………………………………………………… 153

習題………………………………………………………………………………… 154

第5 章　微觀理論與宏觀測量……………………………………………………… 166

5.0.2 1　絕對溫度的確定………………………………………………………………… 166

5.0.2 2　高和低的絕對溫度……………………………………………………………… 169

5.0.2 3　功、內能和熱………………………………………………………………… 172

5.0.2 4　熱容量………………………………………………………………………… 178

5.0.2 5　熵……………………………………………………………………………… 181

5.0.2 6　強度量和廣延量………………………………………………………………… 182

定義摘要…………………………………………………………………………… 183

重要關係式………………………………………………………………………… 184

建議的補充讀物……………………………………………………………………… 184

習題………………………………………………………………………………… 185

第6 章　經典近似中的正則分布…………………………………………………… 193

6.0.2 1　經典近似……………………………………………………………………… 193

6.0.2 2　麥剋斯韋速度分布……………………………………………………………… 199

6.0.2 3　麥剋斯韋分布的討論…………………………………………………………… 201

6.0.2 4　瀉流和分子束………………………………………………………………… 207

6.0.2 5　均分定理……………………………………………………………………… 211

6.0.2 6　均分定理的應用………………………………………………………………… 212

6.0.2 7　固體的比熱容………………………………………………………………… 214

定義摘要…………………………………………………………………………… 219

重要關係式………………………………………………………………………… 219

建議的補充讀物……………………………………………………………………… 219

習題………………………………………………………………………………… 220

第7 章　一般熱力學相互作用……………………………………………………… 228

7.0.2 1　狀態數與外參量的關係………………………………………………………… 228

7.0.2 2　適用於平衡時的一般關係……………………………………………………… 232

7.0.2 3　應用於理想氣體………………………………………………………………… 235

7.0.2 4　統計熱力學的基本錶述………………………………………………………… 239

7.0.2 5　平衡條件……………………………………………………………………… 242

7.0.2 6　相平衡………………………………………………………………………… 247

7.0.2 7　無序嚮有序的轉變……………………………………………………………… 252

定義摘要…………………………………………………………………………… 258

重要關係式………………………………………………………………………… 258

建議的補充讀物……………………………………………………………………… 259

習題………………………………………………………………………………… 259

第8 章　輸運過程分子運動論基礎………………………………………………… 267

8.0.2 1　平均自由程…………………………………………………………………… 267

8.0.2 2　黏性與動量輸運………………………………………………………………… 270

8.0.2 3　熱導率與能量輸運……………………………………………………………… 276

8.0.2 4　自擴散與分子輸運……………………………………………………………… 279

8.0.2 5　電導率與電荷的輸運…………………………………………………………… 283

定義摘要…………………………………………………………………………… 285

重要關係式………………………………………………………………………… 285

建議的補充讀物……………………………………………………………………… 285

習題………………………………………………………………………………… 286

附錄…………………………………………………………………………………… 292

補充題………………………………………………………………………………… 309

數學符號……………………………………………………………………………… 313

希臘字母……………………………………………………………………………… 314

常數錶………………………………………………………………………………… 315

習題答案……………………………………………………………………………… 316

索引…………………………………………………………………………………… 323

精彩書摘

　　教學說明

　　本書的結構

　　本書分為三個主要部分，我將依次敘述。

　　A 預備性概念（第1、2章）

　　第1章：本章對本書所要探討的最基本的物理概念作定性介紹，使學生懂得宏觀體係的特點，並把學生的思考引嚮一條富有成效的路綫。

　　第2章：本章在性質上更像數學，試圖使學生熟悉概率論的基本概念（假定學生預先並沒有幾率的觀念）。全章始終強調瞭係綜的概念，所舉的例子全都是物理上很有意義的情況。盡管本章是針對後麵各章的應用而寫的，但所討論的幾率概念當然期望在更廣泛的範圍內都可以應用。

　　這兩章不必花太多時間。實際上，有些學生很可能已有足夠的基礎，已經熟悉瞭這兩章的部分內容。雖然如此，我明確地建議這樣的學生也不要跳過這兩章，而是把這兩章當作有益的復習。

　　B 基本理論（第3、4、5章）

　　這部分是本書的核心。實際上，本書主題邏輯上的及定量的發展是從第3章開始的（就這個意義上說，前兩章可以略去，但從教學效果來看，那是不明智的）。

　　第3章：本章討論如何用統計術語描述由許多粒子所組成的體係。本章還引進瞭統計理論的基本假設。學完這一章後，學生應當已經認識到：宏觀體係的定量理解，本質上說，取決於對體係可到達的狀態數的研究，但他還不可能看到這一認識具有多麼有用的價值。

　　第4章：本章構成瞭實質上的核心內容。這章很自然地從研究兩個體係如何通過熱傳遞發生相互作用入手。但是，這一研究很快就導齣瞭熵、絕對溫度、正則分布（即玻耳茲曼因子）等一些基本概念。到本章結束，學生就能處理一些很實際的問題瞭。事實上，他已懂得瞭如何由基本原理計算物質的順磁性質和理想氣體的壓強。

　　第5章：本章把理論的概念完全引到實際中來。因而本章討論如何把原子論與宏觀測量聯係起來，如何從實驗上確定一些物理量，例如絕對溫度、熵等。

　　授課時間十分緊迫的教師教完這五章就可結束，而不必感到惋惜。到此為止，學生應當已十分清楚地懂得瞭絕對溫度、熵和玻耳茲曼因子，即統計力學和熱力學的最基本的概念。（的確，至此尚未講到的唯一熱力學結果隻是準靜態絕熱過程中熵保持不變。）我認為這樣本課程的基本目的已經達到瞭。

　　C 理論的詳盡闡述（第6、7、8章）

　　這一部分由彼此獨立的三章組成，在某種意義上，每一章都可以獨立存在，而不必以另外兩章為前提。並且在讀另一章之前隻選用任一章的開頭幾節也是完全可行的。因此，任何教師都可利用這一靈活性以適應他自己的愛好或學生的興趣。其中第7章又是整個理論中最重要、最基本的一章，因為它完成瞭熱力學原理的討論。它也可能是對化學或生物學的學生最有用的一章。

　　第6章：這一章把近似經典概念引入統計描述中，從而討論正則分布的某些特彆重要的應用。氣體分子的麥剋斯韋速度分布及能量均分定理是本章的主要論題。作為例證的應用包括分子束、同位素分離及固體熱容等。

　　第7章：本章一開頭就證明在準靜態絕熱過程中熵保持不變。這就完成瞭熱力學定律的討論，然後對這些定律又以最普遍的形式加以總結。這一章還討論瞭幾個重要的應用：普遍平衡條件，包括吉布斯自由能的性質；相平衡；以及對熱機和生物有機體的意義。

　　第8章：最後一章打算闡述體係的非平衡性質。本章以最簡單的平均自由程論證處理稀薄氣體的輸運過程，也闡述瞭黏滯性、熱傳導、自擴散及電導等。

　　本書基本結構的闡述就到此為止。在伯剋利進行教學的過程中，大約用瞭基礎物理學教學時間中最後四分之一中的八周時間，完成瞭本書主要內容的教學任務。

　　上麵的概述清楚地錶明，盡管本書的敘述方式是新穎的，但仍有自己嚴密的邏輯結構。

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前言/序言

　　前言

　　本書是《伯剋利物理學教程》的最後一捲，專門研究由許多原子或分子組成的大型（即宏觀）體係，因而它為統計力學、分子運動論、熱力學及熱學等學科提供瞭入門課程。我所遵循的方法，既不是按照這些學科進展的曆史順序，也不是沿襲傳統的方式。我的目標是寜可采用現代的觀點，用盡可能係統和簡潔的方法闡明：原子論的基本概念如何導緻明晰的理論框架，能夠描述和預言宏觀體係的性質。

　　在寫作這本書的過程中，我心目中的讀者是：他對這門學科沒有任何先入之見，在第一次遇到這門學科時隻是從他學過基礎物理和原子性質的有利地位齣發。因此，我選擇的敘述次序就是要對這樣的讀者有啓發作用，他打算自己去發現如何獲得宏觀體係的知識。在力求使敘述明晰和統一的過程中，我係統地闡述一個基本原理作為整個討論的基礎，這個原理指齣，一個孤立體係有嚮最無規則狀況接近的趨嚮。盡管我限於集中闡述一些簡單的體係，但處理這些體係的方法是能廣泛應用並易於推廣的。尤其是，我在全書都試圖強調物理洞察力，也就是迅速而直接地瞭解有重要意義的那些關係的能力。因此我力求做到：詳細地討論物理概念，而不迷失於數學公式中；用簡單的例證說明普遍的抽象概念；對一些重要的量作齣數值估計；把理論與由觀察和實驗得齣的真實世界聯係起來。

　　我不得不極其細心地選擇本捲中應包括的題材。我的意圖是要強調那些最基本的概念，它們不但對於物理學工作者有用，也對化學、生物學或工科的讀者有用。“教學說明”概括說明瞭本書的結構和內容，並為教師和學生提供瞭若乾指南。本書采用非傳統的講述次序，目的在於強調宏觀尺度的描述和原子尺度的描述之間的關係，然而卻並不一定要犧牲那些傳統的方法中所固有的優點。具體地講，值得提齣下列幾個特點：

　　（1）讀者學完第7章後（即便他略去瞭第6章），對於經典熱力學的基本原理與重要應用的理解程度，就應像他按傳統方式所學習到的一樣好。當然，關於熵的意義他將有更深入的理解，還會對

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內容有點老瞭，但講的還是蠻詳細。

全書研究由大量分子或原子組成的宏觀體係的熱運動規律。作者試圖從原子論的基本概念齣發，建立新的統計物理學係統。全書共8章：宏觀:體係的特性；基本的概率概念；多粒子體係的統計描述；熱相互作用；微觀理論與宏觀測量；經典近似中的正則分布；一般熱力學相互作用；以及輸運過程分子運動論基礎。

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