北京大学物理化学丛书：统计热力学导论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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高执棣，郭国霖 著

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出版社： 北京大学出版社

ISBN：9787301071397

版次：1

商品编码：10076427

包装：平装

丛书名： 北京大学物理化学丛书

开本：16开

出版时间：2004-06-01

用纸：胶版纸

页数：437

字数：700000

正文语种：中文

内容简介

　　《北京大学物理化学丛书：统计热力学导论》首先简明而系统地介绍了经典分析力学和量子力学的基本内容，力求将统计理论植根于力学原理之上，使两者有机地融合，展现统计热力学的完美性和科学性。这样不仅有助于读者排除学习中的障碍，而且使他们能真正领会统计热力学的基本原理和方法的实质，为掌握与发展统计力学奠定坚实的理论基础。
　　本书主要介绍平衡态统计势力学的基本原理、方法及典型应用。全书分三篇，共16章。每一篇力学及微观运动状态描述，提供必要的经典分析力学与量子力学基础以及量子太与相空间体积的对应关系，以便量子统计与经典统计相互过渡。第二篇近独立子体系的统计理论，以等概率原理作为统计的基本假设。采用概庇法导出三种统计分布律，通过理想气体系统介绍统计力学处理问题的方法。第三篇统计系统理论，介绍统计力学处理普遍体系的原理与方法，并瘵其应用于各类典型的化学体系，适当介绍了该领域的新进展。
　　编著者在北京大学化学学院为研究生讲授统计势力学20余年，讲义历经修改，最后形成本书。其内容，从科学性、系统性及实用性诸方面受了实践的检验。本书可作为各类高等院校化学专业及相近专业的教材及参考用书。

内页插图

目录

绪论
0.1 统计物理发展简况
0.2 概率概念及其基本关系
习题
参考书目

第一篇 力学及微观运动状态的描述
第1章 经典分析力学
1.1 Lagrange 形式的 Newton运动方程
1.2 结束与自由度
1.3 广义坐标和广义速率
1.4 Lagrange运动方程在坐标变换下的不变性
1.5 动能定理
1.6 机械能守恒定理
1.7 Lagrange方程实例
1.8 广义动量和Hamilton 变量
1.9 Hamilton函数和Hamilton运动方程
1.10 Hamilton函数的物理意义
1.11 Hamilton函数随时间变化的定理和能量积分
1.12 循环坐标
1.13 Hamilton方程实例
习题

第2章 微观运动状态的经典描述
2.1 体系和子体系
2.2 微观运动状态的经典描述——相空间
2.3 相空间的重要特性——相体积不变定理
习题

第3章 微观运动状态的量子描述
3.1 量子力学原理概要
3.2 单个粒子运动状态的量子描述
3.3 体系微观运动状态的量子描述
3.4 量子态与相空间体积之间的对应关系
习题

第二编 近独立子体系的统计理论
第4章 Bose-Einstein，fermi-dirac及maxwell-Boitzmann的统计分布律
4.1 宏观态和配容（微观态）
4.1 平衡态统计力学的基本假设——等概率原理
……
第三编 统计系综理论
附录
人名姓氏英汉对照

前言/序言

　　自然科学中，我们所认识和利用的对象通常是由大量粒子组成的宏观物体。研究宏观物体的性质与规律有两种观念及方法，相应形成了两类理论。
　　唯象理论它直接以宏观现象的观察与实验为基础，从体系的整体变化上总结归纳出宏观物体的共同规律性．因此，这类理论并不追求组成体系粒子的微观结构及运动规律，也就是说不考虑更小层次物质的特性，这类理论具有高度的可靠性与普遍性，当然也存在有一定的局限性，热力学、流体力学就是这类理论的典型代表．
　　统计理论它是从组成体系的粒子所遵循的力学规律（量子力学或经典力学）出发，釆用对微观量求统计平均的方法，推引出体系的宏观性质及规律性，在这里微观粒子的结构及运动规律与性质是已知的，这显然是更为基本而深刻的理论学科。
　　唯象理论与统计理论是互相渗透，相辅相成的。
　　统计力学的内容丰富，理论精美，应用广泛，其研究成果不断开拓新领域，现已成为化学学科的基础理论之一．
　　化学问题本质上是多体问题，它的基本规律性总是带有显著的统计特征．借助统计力学在化学问题研究中获得重要成果已屡见不鲜．在化学系开设统计力学课程正是适应了化学科学的这种发展需求。
　　我国著名物理化学家黄子卿院士、唐有祺院士，先后为北京大学化学系的本科生和研究生讲授统计热力学。编著者正是在他们的指教下得以入门唐先生的《统计力学及其在物理化学中的应用》成功地哺育着历代学生，堪称经典，我们从中更是受益匪浅。从20世纪80年代开始，编著者有幸执教这门课，至2003年底，课程讲义历经修改，最终整理形成了本书。
　　平衡态统计力学的任务就是从体系的微观结构和微观运动来说明体系的宏观性质．如何描述体系的微观状态，对应体系宏观状态的全部微观状态有多少？这是统计热力学首先要回答的问题。体系的微观运动是随机事件，体系的不同微观运动状态将以何种概率出现？如何求得体系微观状态的概率分布函数？这是统计热力学研究的核心，余下的问题是要揭示分布函数包含的随机事件的全部信息．通过建立分布函数与热力学宏观量的联系，可由分布函数导出各种热力学函数和热力学基本方程，从而实现统计热力学的学科目标，形成完备的理论体系。整个统计热力学就是围绕这彼此相关的三个问题展开，本书正是以此作为编写的纲领。
　　统计热力学涉及的领域十分广泛，一本教材不可能，也没有必要论及全面。我们选材强调基本概念、原理和方法，同时也力求表现其应用与最新进展．全书内容分三篇，共16章。
　　第一篇主要解决体系微观状态的描述问题．鉴于非物理类学生的背景，第1章比较系统而简明地介绍了经典分析力学的基本内容。第2—3章分别讨论微观状态的经典描述与量子描述，并揭示量子态与相空间体积之间的对应关系，使量子统计和经典统寸可以相互过渡．本篇将有助于他们领悟统计原理如何与力学原理融合，形成了美妙的理论。
　　第二篇包括6章，讨论近独立子体系的统计理论．前三章用概率法，从等概率假设，推引微观状态的分布律，进而建立由分布函数求热力学宏观量的统计方法，并引出配分函数．后三章将上述理论与方法用于讨论理想气体的热力学函数和化学平衡，并引申出各种具体而有用的分布函数。
　　最后一篇的系综理论是将第二篇的统计原理和方法，推广到相依子体系，这不仅将研究对象一般化，而且使统计原理更加彻底与严谨，然后用其讨论量子气体、晶体、液体和相变．第16章介绍了统计力学中的计算模拟．1995年诺贝尔奖获奖工作（玻色一爱因斯坦凝聚）及我国科学家在计算模拟上的一些最新成果在这部分里有所介绍．
　　在编写本书的过程中，我们曾得到多方面的帮助和支持。首先，我们要提到中国科学院物理研究所所长王恩哥教授、北京大学化学与分子工程学院徐筱杰教授和侯廷军博士，感谢他们所提供的最新研究成果，并允许我们引用，使本书增加了几分新意。特别是王恩哥教授’特意将他们自编的KMC程序放在网上，供学生练习使用．历届学生的仔细推敲和无数次质疑，锤炼了课程的内容，改正了讲义中的错误，另外，于永翔、姜骏、王炳武等同学在录入、软件调试等方面给予了帮助，在此对他们一并表示感谢，学校、院、所领导的鼓励与支持，促进了本书的出版。北京大学出版社的赵学范编审，她的细致工作和精心设计为本书添色，没有她的辛勤工作，本书不可能如此顺利出版。
　　我们在编写本书时，虽曾参考了国内外的许多统计力学教科书，也查阅了一些专著和期刊，但由于我们的水平和时间有限，书中肯定会有不少不足，甚至错误，衷心希望读者批评与指教，以便重印时改正。
　　作者
　　2004年春千北京大学

《统计热力学导论》：探索微观世界与宏观性质的桥梁 《统计热力学导论》是一部深入浅出、系统阐述统计热力学基本原理和核心概念的力作。本书旨在为读者构建一个清晰而完整的知识框架，帮助理解微观粒子行为如何决定宏观物质的热力学性质。本书内容严谨，逻辑清晰，既保留了统计力学深厚的理论根基，又充分考虑了初学者的理解需求，是物理、化学、材料科学、生命科学等领域研究人员及高年级本科生、研究生的理想读物。 统计热力学的核心：从微观到宏观的跨越 统计热力学是连接微观粒子世界与宏观可测量性质的关键桥梁。我们熟悉的温度、压力、熵等宏观热力学量，其本质是大量微观粒子（如原子、分子）集体行为的统计平均结果。本书将带领读者一步步揭示这一深刻的联系。 微观系统的描述： 首先，本书将详细介绍描述微观系统的基本概念，包括粒子状态、相空间、以及微观状态的定义。我们将学习如何利用量子力学和经典力学来描述粒子的运动和能量。例如，一个理想气体的每一个分子都有其特定的位置和动量，构成了一个微观状态。然而，对于宏观气体，其微观状态的数量是天文数字，我们不可能逐一描述。 统计集合（Ensembles）： 为了处理如此庞大的微观状态空间，统计热力学引入了“统计集合”的概念。本书将重点讲解几种重要的统计集合，如微正则系综（microcanonical ensemble）、正则系综（canonical ensemble）和巨正则系综（grand canonical ensemble）。每种系综代表着与外界交换能量或粒子的一种特定方式，对应于不同的宏观约束条件。 微正则系综： 适用于孤立系统，其总能量、粒子数和体积固定。本书将从这个最基础的系综出发，建立熵与微观状态数之间的联系（玻尔兹曼熵公式），这是统计热力学中最核心的公式之一。 正则系综： 适用于与恒温热库接触的系统，其温度恒定，但能量可以交换。本书将详细推导配分函数（partition function）在正则系综中的作用，并展示如何通过配分函数计算出各种宏观热力学量，如内能、熵、亥姆霍兹自由能等。 巨正则系综： 适用于与恒温恒化学势热库接触的系统，其温度、体积和粒子数都可以波动。本书将介绍如何利用巨正则系综处理更复杂的系统，例如化学反应和相变等问题。 配分函数（Partition Function）： 配分函数是统计热力学中的核心数学工具，它包含了系统所有可能的微观状态的信息。本书将深入剖析配分函数的物理意义，并演示如何计算不同类型系统的配分函数，例如理想气体、谐振子、双原子分子等。通过配分函数，我们可以直接导出系统的宏观热力学性质，实现了从微观到宏观的计算。 核心概念的深入探讨 除了基本原理，本书还将对统计热力学中的一系列关键概念进行深入而细致的讨论： 熵（Entropy）： 熵是热力学中的核心概念，其统计意义是系统微观状态数的度量。本书将从信息论的角度，对熵进行更深刻的解释，阐明其与系统无序度、信息丢失等概念的联系。我们将理解为什么孤立系统的熵总是趋于增加，以及熵增原理的统计起源。 自由能（Free Energy）： 自由能是判断一个过程能否自发进行的判据。本书将详细介绍亥姆霍兹自由能（Helmholtz free energy）和吉布斯自由能（Gibbs free energy），以及它们与配分函数、平衡条件的关系。通过自由能的最小化原则，我们可以预测系统的平衡态。 化学势（Chemical Potential）： 化学势是描述粒子在系统中的“活度”或“倾向性”，它在多组分系统和相变研究中至关重要。本书将清晰地解释化学势的定义，并演示如何将其应用于化学反应平衡、溶液性质以及相平衡的分析。 相变（Phase Transitions）： 物质的相变（如固液气转变）是宏观现象，其背后有着深刻的统计力学根源。本书将介绍不同类型的相变，并利用统计热力学工具（如临界现象、朗道理论的思想）来分析相变的发生机制和临界行为。 应用与扩展 本书不仅关注理论的严谨性，更注重统计热力学的实际应用： 理想气体： 从最简单的理想气体模型出发，本书将系统地推导其热力学性质，如内能、熵、比热等，并与实验结果进行对比。这将是读者掌握统计热力学计算方法的绝佳范例。 固体与液体： 对于更复杂的凝聚相，如固体和液体，本书将介绍一些简化的模型，如晶格振动模型（德拜模型、爱因斯坦模型）来描述固体的热容，以及用于描述液体性质的一些统计方法。 化学反应平衡： 本书将深入探讨如何利用化学势和平衡常数来定量描述化学反应的平衡，并分析温度、压力等因素对平衡移动的影响。 量子统计： 对于微观粒子，特别是电子、光子等，必须考虑它们的量子统计性质。本书将介绍玻色-爱因斯坦统计和费米-狄拉克统计，并举例说明其在黑体辐射、固体比热、费米子系统等方面的应用。 学习方法与特色 《统计热力学导论》在内容编排和讲解方式上，充分考虑了学习者的需求： 循序渐进的教学方法： 本书从最基础的概念入手，逐步深入，确保读者能够建立扎实的理解基础。每章内容都紧密衔接，形成一个逻辑严谨的知识链条。 丰富的例题与习题： 为了帮助读者巩固所学知识，本书提供了大量的例题，覆盖了各种典型的计算和分析场景。每章末尾的习题不仅有助于检验学习效果，更能启发读者进行更深入的思考。 清晰的数学推导： 本书在进行数学推导时，力求清晰明了，并对关键步骤进行解释，使读者能够理解推导的逻辑和物理意义。 与实验的联系： 本书并非纯粹的理论探讨，而是将统计热力学的理论与实际的物理和化学实验紧密联系起来，展示理论的预测能力和实验的验证作用。 本书的价值 掌握统计热力学，意味着拥有一把理解物质世界基本规律的钥匙。无论是深入研究凝聚态物理中的相变和量子现象，还是在化学领域分析反应动力学和热力学性质，亦或是在材料科学中设计新型材料，亦或是在生命科学中理解生物分子的行为，统计热力学都提供了不可或缺的理论工具和深刻的洞见。《统计热力学导论》将为读者提供这样一套强大而系统的武器，帮助他们在各自的研究领域取得突破。 总之，《统计热力学导论》是一部内容翔实、讲解透彻、应用广泛的经典教材。它将引导读者穿越微观粒子的海洋，抵达宏观物质世界的奥秘之门，为探索自然科学的广阔天地奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

读这本书的过程，对我来说是一种思维的锻炼。作者在讲解过程中，常常会提出一些引导性的问题，或者在关键步骤上留有思考的空间，鼓励读者主动去思考，去推理。这种“启发式”的教学方法，与一些填鸭式的教材截然不同。我发现自己不再是被动地接受信息，而是积极地参与到知识的构建过程中。当我独立推导出某个公式，或者理解了某个看似难以理解的概念时，那种成就感是无与伦比的。这本书让我明白了，学习统计热力学不仅仅是记住公式，更重要的是理解其背后的物理思想和逻辑。作者用他严谨而又充满智慧的引导，让我逐渐学会了如何像一位真正的物理学家一样去思考问题，去分析现象，去探索未知。这种思维方式的转变，对我未来的学习和科研都将产生深远的影响。

评分☆☆☆☆☆

让我印象深刻的还有书中对经典统计力学和量子统计力学的区分和联系的阐述。作者非常清晰地指出了两种统计力学在基本假设上的不同，以及它们各自适用的范围。例如，在介绍玻尔兹曼统计时，作者强调了粒子可分辨性这一重要前提，而在讲解费米-狄拉克统计和玻色-爱因斯坦统计时，则深入浅出地解释了全同粒子和泡利不相容原理等量子力学概念。这种对比分析，不仅让我能够清晰地区分不同统计方法的适用条件，更能让我理解量子力学是如何深刻地影响了微观粒子的统计行为，进而影响到宏观物质的性质。书中关于简并、过剩等概念的引入，也让我对量子统计力学的独特性有了更深入的认识。总的来说，作者在处理这部分内容时，既展现了深厚的学术功底，又具备了极强的教学能力，让我能够清晰地把握统计热力学在不同层面的发展和应用。

评分☆☆☆☆☆

这本书对于数学工具的运用，给我留下了非常深刻的印象。统计热力学离不开数学，而这本书在数学部分的讲解上，既没有回避其重要性，也没有让其成为阻碍理解的绊脚石。作者在引入新的数学工具时，会给出明确的背景和应用场景，让我明白为什么需要学习这些数学方法，以及它们在统计热力学中扮演的角色。例如，在讲解配分函数时，作者会详细介绍其在不同系综下的形式，并清晰地展示如何通过它来计算系统的宏观热力学量。公式推导的过程详细而清晰，每一步都给出了必要的解释，不会让人感到困惑。同时，作者也鼓励读者主动去思考和练习，在关键的地方设置了适度的习题，让我能够及时巩固所学知识，并将理论付诸实践。对于像我这样对数学略有畏惧但又深知其重要性的读者来说，这本书的数学处理方式无疑是一种福音，它让我看到了数学的严谨之美，也激发了我学习和运用数学工具的信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书在理论与实际应用之间的平衡把握得非常好。虽然是一本导论性质的书籍，但它并没有止步于纯粹的理论推导，而是巧妙地将统计热力学的原理与一些具体的物理现象联系起来。例如，在讨论气体分子的速度分布时，作者会引用麦克斯韦-玻尔兹曼分布，并将其与实验测量结果进行对比，让我直观地感受到理论的预测能力。在介绍相变时，作者也从统计的角度给出了深刻的解释，让我理解了为什么在某些条件下物质会发生剧烈的状态变化。这些与实际现象的结合，不仅让抽象的理论变得生动有趣，更重要的是，它帮助我理解了统计热力学在理解和预测自然界中各种现象的重要性。这种“理论联系实际”的讲解方式，极大地激发了我进一步探索统计热力学在凝聚态物理、化学动力学等领域的应用的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

在阅读的过程中，我最深刻的感受就是作者对于逻辑结构的把握。整本书的章节安排非常合理，知识点层层递进，环环相扣。从最基础的概率论和组合数学基础，到微观系综的概念，再到与宏观热力学量的联系，每一个环节都衔接得天衣无缝。我从来没有感到章节之间的跳跃或者脱节，仿佛作者是一位经验丰富的向导，带领我一步一步地攀登知识的高峰。尤其是在介绍卡诺循环和熵的概念时，作者巧妙地将微观的统计概念与宏观的热力学描述联系起来，让我豁然开朗，理解了宏观热力学定律背后的微观本质。这种严谨的逻辑链条，不仅让我更容易理解和记忆知识点，更重要的是，它培养了我独立思考和分析问题的能力。我学会了如何从基础原理出发，推导出更复杂的结论，这比单纯记忆公式和结论要重要得多。本书的这种“逻辑驱动”的学习方式，让我受益匪浅，为我日后的深入学习打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计非常精美，硬壳封面，纸张的触感和厚度都令人感到舒适，散发着一种沉静而厚重的学术气息。扉页上的烫金字样“北京大学物理化学丛书”和“统计热力学导论”在灯光下熠熠生辉，瞬间就能感受到这是一本承载着深厚学术积淀的著作。我尤其喜欢它的排版，字体大小适中，行距恰到好处，阅读起来不会感到压迫，即使长时间沉浸其中，眼睛的疲劳度也大大降低。书页的裁切边缘非常整齐，翻页时顺滑而轻盈，每一个细节都体现了出版者的严谨和用心。封面插图的设计也颇具匠心，抽象而富有表现力，似乎在暗示着统计热力学所探讨的微观世界的奥秘与宏观现象之间的桥梁。我收到这本书的那天，阳光正好，我迫不及待地想翻开它，那种期待感，就像是即将开启一段全新的智慧之旅。它不仅仅是一本书，更像是一件可以珍藏的艺术品，摆在书架上，本身就是一道风景。即使还没有深入阅读内容，单凭这精美的外观，就已经让我对接下来的阅读充满了信心和好奇。这本书的物理形态，完美地契合了其内在的科学严谨性和学术价值，让人从视觉和触觉上就对它产生了敬意，这在我阅读过的众多科技书籍中，是比较少见的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的参考文献部分做得非常扎实，既有经典的权威著作，也有近年来相关的研究成果。这表明作者在撰写此书时，进行了广泛的深入研究，并且尊重前人的学术贡献。对于我来说，这部分内容是极其宝贵的，它为我提供了进一步深入学习的指引。如果我对某个概念特别感兴趣，或者想了解更前沿的研究进展，我可以通过参考文献找到相关的资料。这种“开放式”的学术态度，让我觉得这本书不仅仅是一份静态的知识集合，更是一个动态的学习资源库。它鼓励读者带着自己的问题去探索，去发现，去创造，这与我所期望的学术氛围高度契合。

评分☆☆☆☆☆

总而言之，这本书是一部非常优秀且极具价值的统计热力学导论。它以其严谨的逻辑、清晰的讲解、恰当的数学运用以及理论与实际的紧密结合，为我打开了统计热力学的大门。阅读这本书的过程，不仅仅是知识的获取，更是一种思维的训练和学术视野的拓展。我强烈推荐这本书给所有对统计热力学感兴趣的读者，无论你是初学者还是有一定基础的学习者，相信都能从中获益匪浅。它不仅是一本教科书，更是一位循循善诱的良师益友，引领我在科学的殿堂里不断探索前进。这本书的出版，无疑是北京大学在物理化学领域又一力作，为相关学科的发展做出了重要的贡献。

评分☆☆☆☆☆

令我惊喜的是，这本书的例子选择非常典型且具有代表性。作者并没有选取过于偏僻或者晦涩的例子，而是选择了那些能够集中体现统计热力学核心思想的案例。例如，在讲解系综概念时，作者分别详细介绍了微正则系综、正则系综和巨正则系综，并清晰地解释了它们之间的联系和区别，以及各自在解决不同问题时的优势。在讨论理想气体的性质时，作者从最基础的分子运动论出发，逐步推导出压强、内能等宏观量，让我深刻理解了微观性质如何决定宏观行为。这些精心挑选的例子，就像一座座灯塔，照亮了统计热力学这座知识海洋中的航道，让我能够清晰地看到前进的方向，并理解每一个知识点的重要性。

评分☆☆☆☆☆

初次翻开这本书，扑面而来的是一种严谨而清晰的学术风格。作者的语言精炼准确，没有丝毫冗余，每一个句子都像经过了反复推敲，力求最精准地传达概念。我特别欣赏其中对基础概念的阐述，作者并没有急于深入复杂的公式推导，而是循序渐进，从最基本的物理直觉出发，引导读者逐步理解统计热力学的核心思想。例如，在介绍分子运动论时，作者用了很多生动形象的比喻，将肉眼不可见的微观粒子运动生动地展现在读者面前，让我这个初学者也能很快建立起直观的认识。这种“由浅入深”的讲解方式，极大地降低了学习门槛，让我感到统计热力学并非遥不可及的理论，而是可以通过逻辑和想象力去把握的科学。书中的插图和图表也起到了画龙点睛的作用，它们不仅仅是文字的辅助，更是对抽象概念的直观呈现。我尤其喜欢那些展示粒子分布、能量能级跃迁的图示，它们将复杂的数学关系转化为易于理解的视觉信息，帮助我更深刻地理解了熵增原理、玻尔兹曼分布等关键概念。

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从量子化学角度写的书，内容一般

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好书一本，我还没有看呢。送货速度快。

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想学热统的童鞋，可以参考。书里的公式不少，建议数学基础好一点的看

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太便宜了，还包邮，嘿嘿。

评分☆☆☆☆☆

书的质量好，给朋友买的

评分☆☆☆☆☆

可以供自学者使用，也可以教材使用