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『簡體書』大学生理工专题导读---熵

書城自編碼: 3761941
分類: 簡體書→大陸圖書→教材研究生/本科/专科教材
作者: [美]多恩 · S. 莱蒙斯[Don S. Lemons]
國際書號(ISBN): 9787111705215
出版社: 机械工业出版社
出版日期: 2022-06-01

頁數/字數: /
書度/開本: 32开 釘裝: 平装

售價:NT$ 261

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內容簡介:
This is a translation of the following title published by Cambridge University Press:A Student′s Guide to Entropy 9781107653979 Don S. Lemons 2013The Simplified Chinese Translation for the People’s Republic of China (excluding Hong Kong, Macau and Taiwan) is published by arrangement with the Press Syndicate of the University of Cambridge, Cambridge, United Kingdom. Cambridge University Press and China Machine Press 2022The Simplified Chinese Translation authorized for sale in the China mainland (excluding Hong Kong, Macau and Taiwan) only. Unauthorised export of this translation is a violation of the Copyright Act. No part of this publication may be reproduced or distributed by any means, or stored in a database or retrieval system, without the prior written permission of Cambridge University Press and China Machine Press.本书由Cambridge University Press授权机械工业出版社在中国大陆(不包括香港、澳门特别行政区及台湾地区)出版与发行。未经许可之出口,视为违反著作权法,将受法律之制裁。Copies of this book sold without a Cambridge University Press sticker on the cover are unauthorized and illegal.本书封面贴有Cambridge University Press防伪标签,无标签者不得销售。北京市版权局著作权合同登记图字:01-2018-7055号。
目錄
目录导读前言第1章热力学熵1.1热力学和熵1.2可逆过程和不可逆过程1.3热力学第二定律1.4熵和不可逆性1.5不可逆性的量度1.6卡诺效率和卡诺定理1.7绝对温度或者热力学温度1.8热力学第二定律的结果1.9物态方程1.10热力学第三定律习题1第2章统计熵2.1玻耳兹曼及其原子论2.2微观状态和宏观状态2.3基本假设2.4统计熵和多重度2.5麦克斯韦妖2.6相对熵和绝对熵习题2第3章经典系统的熵3.1理想气体:依赖于体积3.2理想气体:依赖于体积和能量3.3施加广延性3.4占有数3.5理想经典气体3.6理想经典固体3.7玻耳兹曼墓碑习题3第4章量子系统的熵4.1量子化条件4.2量子化谐振子4.3爱因斯坦固体4.4声子4.5热力学第三定律4.6顺磁性4.7负绝对温度习题4第5章非孤立系统的熵5.1超越基本假设5.2吉布斯熵公式5.3正则系综5.4配分函数5.5熵隐喻习题5第6章费米系统的熵6.1对称性和波函数6.2本征半导体6.3理想费米气体6.4平均能量近似习题6第7章玻色系统的熵7.1光子7.2黑体辐射7.3理想玻色气体7.4玻色-爱因斯坦凝聚7.5理想气体模型习题7第8章信息熵8.1消息和消息源8.2哈特莱信息8.3信息和熵8.4香农熵8.5法诺码8.6数据压缩和错误校正8.7缺失信息量和统计物理习题8后记附录附录Ⅰ物理常数和标准定义附录Ⅱ公式表附录Ⅲ专业术语附录Ⅳ时间线附录Ⅴ部分习题答案
內容試閱
前言本书力求以尽可能简单的方式帮助大家理解这个难以掌握的概念——熵。本书的创新之处包括从期望的性质构造统计熵,从纯粹的经典假设推导经典系统的熵,以及用统计热力学方法研究理想费米气体和理想玻色气体的熵。所有推导过程均有详细步骤,重要的应用通过20多个例题来突显。在每一章的末尾均附有练习题(总计大约50个),用来检验大家对内容的理解。本书以附录的形式给出了基本术语的定义和重要成果的时间线。多恩·S.莱蒙斯是贝塞尔学院物理学荣誉退休教授,也是洛斯阿拉莫斯国家实验室的客座科学家。他在贝塞尔学院讲授了23年的本科物理课程。数学家约翰·冯·诺伊曼曾经强烈建议信息理论家克洛德·香农用熵来描述信息的不确定度。这是因为它与统计力学中早就被命名为熵的物理量在结构上完全相同,此外,“没有人真正知道熵究竟是什么,所以在辩论中你总会有优势”。我们大多数人都喜欢说一些充满智慧的俏皮话,以至于不惜歪曲事实。显然,冯·诺伊曼对熵的观点是错误的。自从大约150年前熵第一次被发现以来,许多人已经理解了熵的概念。实际上,科学家别无选择,只能理解熵,因为这个概念描述了现实世界的一个重要方面。我们知道如何计算以及如何测量物理系统的熵。我们还知道如何使用熵来解决问题,并对过程进行限制。我们了解熵在热力学和统计力学中的作用。我们还了解了物理、化学的熵与信息熵之间的平行性。但冯·诺伊曼的妙语也说明了一个事实的核心:尽管不是不可能,但熵仍然是难以理解的。我们来看铁棒的能量是如何确定的,首先将铁棒分解成最小单元——铁原子,并将一个铁原子的能量类比于一个连接在弹簧网络上的宏观大质量物体的能量,这个弹簧网络模拟了原子与其最近原子之间的相互作用。物体的能量就是它的动能和势能(可以在基础物理实验室中研究的能量类型)之和。最后,整个系统的能量是其各部分能量的总和。该方法的核心思想是,首先要把一个整体分解成多个部分,然后将每个部分与一个熟悉的对象进行类比,接着要识别出熟悉的对象的数量,最后把它的各个部分重新组合成一个整体。然而此种方式不能用来阐明熵,其困难在于无法识别最小部分的熵,因为单个的局部分子或原子没有熵。然而,一根铁棒有熵。熵不是一种我们可以指出的局部现象,即使在我们的想象中,也不能说:“看!有熵。”如果我们执意要用不符合其本质的方式去理解一个主题,我们一定会失望的。本书向读者介绍了如何理解熵。它强调基础概念和示例性说明,并区分不同类型的熵:热力学熵、经典和量化统计系统的熵以及信息熵。这些熵在它们适用的系统类别上有所不同。但是,当它们可以应用于同一个对象时,它们在相同的概念中命名相同。作为导读,本书适合自学,这是因为它具有以下几个特点。本书内容绝不仅仅是“可以显示的最终结果”,它包含了推导过程,并且每个推导过程都有明确的步骤;数学方法不断被使用和重复,并且每一个关于物理的部分都在不同的章节中被重现;实例展现重要应用。粗体字通常表示“注意,这是一个定义。”这些定义通常以扩展形式出现,并被收集在附录Ⅲ专业术语中。大部分章末习题都附有参考答案。鲁道夫·克劳修斯、路德维希·玻耳兹曼、马克斯·普朗克、克洛德·香农等人在大约100年的时间里发展了熵的概念。用一条时间线可以将这些人和发展信息串联起来。公式表中包含了有用的恒等式和展开式。本书的中间章节,从第2~7章,给出了一个以熵为中心的平衡统计力学导论。熵不仅是通向包括黑体辐射和理想量子气体等在内的重大成果的有效途径,专注于熵还可以使人更加接近物理学的本质。具有热力学和统计物理学基础的读者将会注意到本书的几个独有的特征,其中之一就是统计熵的构建方式,从数学期望的属性中一步一步地推导。该构建过程的第一阶段在第2.4节中完成,最后一个阶段在第4.5节中完成。另一个特征是经典系统的熵完全通过经典假设推导而来,此部分内容在第2.4节。大多数教材并没有费心去构建一个连贯的经典统计力学,而是用相应的量子描述的半经典极限来处理问题。第三个特征是理想费米气体(见第6.3节)和理想玻色气体(见第7.3节和第7.4节)是通过平均能量近似的方法(见第6.4节)从其熵函数的性质发展而来的,而非来自配分函数和状态密度函数。这种构建方式和推导过程的逻辑是整洁、有效的。在写这本书的过程中,对我来说最重要的是将语言和数学公式紧密联系起来,并将简单的概念转化为简单的数学表达式。如果说整体是复杂的,我总是说,部分是简单的。我的目标是把“简单”写得易懂,把“复杂”写得清楚明了。假设我在某种程度上取得了成功,这在很大程度上取决于那些帮助我的人。特别值得感谢的是Ralph Baierlein,他仔仔细细地反复阅读了全文,无私地给出了他的专业建议。Ralph修正了几个重要的失误,提高了文本的可读性,并总结了来自德语的内容。Anthony Gythiel提供了德语翻译。Rick Shanahan同样仔细阅读并评论了全文。Dale Allison、Clayton Gearhart、Galen Gisler、Bob Harrington、Carl、Helrich和Bill Peter阅读并评论了本书的各个部分。Han

 

 

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