地球与行星科学中的热力学 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

　　迄今出版的大量热力学教科书都是针对物理学、化学以及工程学问题而写的。近年来也出版了若干着重在地质问题研究方面的书。因此，读者可能会问，为什么还要写一本热力学书？我始终是以地球科学的读者为对象来写作的，因而重点就是化学热力学或地球化学热力学。随着热力学基本原理的展开，书中将涉及地球化学、岩石学、矿物学、地球物理和行星科学的大量问题。虽然还谈不上囊括所有问题，但还是企图尽力开发核心内容，让地球和行星科学的不同专业的读者得益。

作者简介

　　吉巴米卡·甘吉利（Jibamitra Ganguly），美国亚利桑那大学地球科学系教授，美国地球物理学会和矿物学会会士。1938年出生于印度，1967年获芝加哥大学地球物理系博士学位。先后在耶鲁大学和加州大学洛杉矶分校做博士后研究，1978年起任职于美国亚利桑那大学。作者在与相平衡、热力学和扩散动力学相关的地球和行星科学的广泛领域（包括岩石学、物理地球化学和矿物学等）作出了许多贡献。特别是通过实验和理论的结合研究来揭示多组分自然体系的热力学和动力学演化信息，并因此干2002年被聘为德国洪堡基金会研究员。曾主编和合作出版4本专著，并发表近90篇论文。
　　
　　程伟基，男，1946年生，1968年毕业于中国科学技术大学近代化学系，1985年任该校地球和空间科学系副教授，1986-1988年在加拿大不列颠哥伦比亚大学地球科学系工作，1989-2013任职于美国亚利桑那大学地球科学系，直至退休，现定居洛杉矶。主要研究领域包括高温高压条件下多组分矿物晶体化学平衡实验和计算，晶体表面元素扩散作用的实验和理论，以及地球和行星中自然体系物理化学演化的应用。

内页插图

目录

第1章 绪论
1．1 热力学的性质和范围
1．2 不可逆过程和可逆过程
1．3 热力学体系、边界和变量
1．4 功
1．5 稳定和亚稳定平衡
1．6 晶格点阵振动
1．7 电子构型和晶体场效应
1．7．1 电子壳层、亚壳层和轨道
1．7．2 晶体或配位场效应
1．8 常用物理量和单位

第2章 热力学第一和第二定律
2．1 热力学第一定律
2．2 热力学第二定律：经典表述
2．3 卡诺循环：熵和热力学温标
2．4 熵：自然过程的方向和平衡
2．5 熵的微观解释：玻尔兹曼方程
2．6 熵和无序度：矿物学应用
2．6．1 构型熵
2．6．2 振动熵
2．6．3 构型熵与振动熵的比较
2．7 第一和第二定律的合并陈述
2．8 热平衡条件：第二定律的说明性示例
2．9 热发动机和热泵的有效率
2．9．1 热发动机
2．9．2 热泵
2．9．3 自然界中的热发动机

第3章 热力学势及其衍生性质
3．1 热力学势
3．2 封闭体系的平衡条件：用热力学势的公式化表示
3．3 什么是自由能中的自由？
3．4 麦克斯韦关系式
3．5 热力学方块：介绍一种记忆工具
3．6 蒸气压和逸度
3．7 衍生性质
3．7．1 热膨胀和压缩性
3．7．2 热容
3．8 Gruneisen参数
3．9 热膨胀和压缩系数与P-T的关系
3．1 0热力学导数综览

第4章 热力学第三定律和热化学
4．1 第三定律和熵
4．1．1 观察基础和表述
4，1．2 第三定律熵和剩余熵
4．2 热容函数的性质
4．3 对端元相固体的热容和熵的非晶格影响
4．3．1 电子跃迁
4．3．2 磁转变
4．4 热力学零度的不可达到性
4．5 热化学：形式和约定
4．5．1 生成焓
4．5．2 Hess定律
4．5．3 生成吉布斯自由能
4．5．4 热化学数据库

第5章 临界现象和状态方程
5．1 临界点
5．2 近临界和超临界性质
5．2．1 热和热物理性质的偏离
5．2．2 临界波动
……
第6章 相变、熔融和化学计量相反应
第7章 热压和地球内部的绝热过程
第8章 溶液热力学
第9章 非电解质溶液的热力学和混合模型
第10章 含有溶体和气体混合物的平衡
第11章 地质体系中的元素分馏作用
第12章 电解液和电化学
第13章 表面效应
附录A 熵产生率和动力学问题
附录B 若干数学关系式的讨论
附录C 固体的热力学性质的估算
参考文献
主题索引

前言/序言

　　半个世纪以来，热力学理论和相关的实验方法在地球和行星科学的研究中得到了广泛的应用。可以说，正是从热力学的应用介入传统地质学研究领域开始，对地球和行星的从微观到宏观的不同规模空间中物质的物理化学状态、各种作用及其演化的研究才发展为一个较完整的科学研究体系。地球和行星科学中的热力学就是将所研究的对象抽象为用热力学原理分析的体系，确定描述该体系所需的各种强度变量、广度性质及参数，透过传统的定性和定量分析、各种现代的物理化学仪器分析，特别是与模拟自然作用的实验室结果相结合，并按照所有可能获得的相关信息架构的分析模型计算来获得结果，从而得以不仅定性而且定量地“讲古论今”，推断地球和行星中自然过程的发生和演化规律（当然也与其他方法例如同位素测年法相结合）。虽然，热力学在非平衡态体系和不可逆过程的处理中的限制是肯定的，但同样，热力学在处理许多平衡或接近平衡的体系的作用过程和演化上的有效性也是很显然的。可以说，热力学还处在方兴未艾的阶段，并且正在与嗣后发展的动力学、统计力学在地球和行星科学中的应用更加有机地结合。
　　译者有幸见证并经历了半个世纪以来热力学在地球和行星科学中的介入。例如，从开始在教室和野外观察各种自然体系的结构和化学组成，到今天能根据离子探针对晶体表面元素在纳米级距离上扩散变化的测定，从而按照热力学模型推断喜马拉雅造山运动的抬升速率。这不仅是实验室技术和计算机技术的发展，更是对实际自然对象合理抽象而理论分析建立理论模型的结果。虽然也许只窥探大干世界的一小点，但其中经历的愉悦实在莫可名状。原来热力学原理不仅是大学理工科书本上的基础知识，而且是开启认识地球和行星乃至宇宙的一把金钥匙。
　　译者还有幸与本书作者共事近二十年。译者以旁观角度看，Ganguly教授是五十年来用热力学方法深入窥探地球和行星中物理化学作用及演化的佼佼者，鉴于他在数理化方面特别是热力学上的扎实根基和多年在地球和行星的各种物理化学体系的基础研究，他得以涉猎同时代诸多研究者在相关各个领域的成果，并游刃有余地汇总在本书所呈现的有机联系的各章节中，同时也指出了存在的问题，可供进一步研究参考。Ganguly教授著作等身，有兴趣的读者可到他的个人网页查看。

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