温度、气压、内能、热量、熵等宏观物理量与组成物质的微观分子和原子有密切关系，系统的能量、过程的方向满足一定的规律。本书从热学最基础的概念出发，从微观和宏观两个方面讲述热学基本原理和定律。本书共8章，主要包括分子动理论、气体系统的状态和气体的性质、热力学第一定律、热力学第二定律、固体和液体的性质、相变、弱耦合系统中的玻尔兹曼分布律与输运过程基础知识。本书注重基本概念与原理的讲述和理解，穿插了与热学相关的小故事和科技进展，选用了近年来全国中学生物理竞赛、高校自主招生和强基计划题目，以及重点高校科学营试题，可读性强，概念清晰。本书将拓展小视频、热学导语、每章小结、习题答案等资源以二维码的形式设置在书中相应位置，方便读者学习、观看。另外，本书还配套出版了习题解答和电子教案。

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1995.11-1997.11南开大学物理系博士后。凝聚态物理专业，从事全固态激光器、固体发光研究 1992.9-1995.10天津大学精密仪器系，光学仪器专业，工学博士 1989.9-1992.8中国科技大学物理系/中国科学院安徽光机所，光学专业，理学硕士 1985.9-1989.7合肥工业大学应用物理系，应用物理专业（光电子技术方向），工学学士主持科研课题约30项，包括科技部国际合作重点项目、国家自然科学重点基金及面上项目。中国仪器仪表学会光机电技术与系统集成分会常务理事，天津市激光技术学会副理事长，天津市物理学会常务理事兼秘书长，"固体激光技术"国家级重点实验室学术委员会委员，国家自然科学基金委员会信息科学部专家咨询委员会学术秘书。

目录
第一版序
前言
第一版前言
第1章 分子动理论/1
1.1 物质的基本结构和物态/1
1.1.1 物质的基本结构/1
1.1.2 物质的状态和特点/2
1.1.3 热力学系统/2
1.2 气体分子的数量级/3
1.2.1 阿伏伽德罗定律/3
1.2.2 气体分子的特征参数/3
1.3 布朗运动/5
1.3.1 现象/5
1.3.2 定性解释/6
1.3.3 定量解释/6
1.4 气体分子的作用力 理想气体/7
1.4.1 分子之间的作用力/7
1.4.2 分子间的势能与几种模型/8
1.4.3 理想气体模型/11
1.5 分子运动的速率分布/11
1.5.1 分子按速率的分布/12
1.5.2 速率分布函数/13
1.5.3 三种速率/14
1.6 分子间的碰撞 平均自由程/16
1.6.1 分子碰撞截面/16
1.6.2 平均自由程 碰撞频率/17
1.7 能量均分定理 分子热运动的动能与势能/18
1.7.1 能量均分定理/18
1.7.2 分子热运动的动能与势能/20
1.7.3 内能/21
1.8 压强与温度的微观解释/22
1.8.1 单位时间内碰在单位面积上的平均分子数/22
1.8.2 计算气体压强的简单模型/23
1.8.3 压强与温度的微观意义/24
习题/25
第2章 气体系统的状态和气体的性质/29
2.1 热力学系统与环境/29
2.1.1 系统的分类/30
2.1.2 热力学系统的宏观参量/30
2.1.3 广延量和强度量/32
2.2 系统的平衡态与稳定态/33
2.2.1 系统的平衡态与非平衡态/33
2.2.2 平衡态与稳定态/33
2.3 压强/34
2.3.1 液体的压强/34
2.3.2 气体的压强/36
2.4 热力学等变定律 温度/41
2.4.1 热接触与热平衡/41
2.4.2 热平衡定律——热力学等变定律/41
2.4.3 温度的定义/42
2.5 温标/42
2.5.1 经验温标/42
*2.5.2 热力学温标简介/47
*2.5.3 国际实用温标/48
2.6 理想气体的实验定律/49
2.6.1 玻意耳定律/49
2.6.2 盖吕萨克定律/49
2.6.3 查理定律/49
2.7 理想气体的状态方程/52
2.7.1 理想气体状态方程的数学表达式/52
2.7.2 普通气体常量与玻尔兹曼常量/53
2.7.3 理想气体状态方程的其他形式以及各参量之间的关系/53
2.7.4 理想气体状态方程的应用/55
2.7.5 多系统时的状态方程/60
2.8 混合理想气体的状态方程/62
2.8.1 道尔顿分压定律/62
2.8.2 体积百分比/62
2.8.3 混合理想气体的状态方程/63
*2.9 实际气体的状态方程/66
习题/67
第3章 热力学第一定律/74
3.1 热力学过程/74
3.1.1 热力学过程的概念/74
3.1.2 非静态过程/75
3.1.3 准静态过程/75
3.1.4 四种特殊的准静态过程/76
3.1.5 泊松公式/77
3.1.6 多方过程与非多方过程/80
3.1.7 热力学过程中的温度变化/80
3.2 热力学过程中的体积功/82
3.2.1 体积功的概念/82
3.2.2 几种特殊热力学过程的功/84
3.3 热力学系统的内能/86
3.3.1 分子动理论中的能的定义/86
3.3.2 焦耳定律 理想气体的定义/87
3.3.3 理想气体的内能及内能变化/87
3.4 热力学过程的热量/89
3.4.1 热量的本质/90
3.4.2 焦耳的贡献/91
3.4.3 热、功和内能的转化/92
3.4.4 过程量与状态量/92
3.5 热力学第一定律/93
*3.5.1 历史溯源/93
3.5.2 热力学第一定律的表述形式/94
3.5.3 热力学第一定律的数学表达式/94
3.5.4 举例/95
*3.5.5 第一类永动机/96
3.6 热容/97
3.6.1 热容的定义/97
3.6.2 等容过程的热容/98
3.6.3 焓 等压过程的热容量/99
3.6.4 等容热容与等压热容的关系/101
3.7 热力学第一定律的应用/102
3.7.1 四种特殊热力学过程的定性分析/102
3.7.2 四种特殊热力学过程的定量分析/105
3.8 循环过程/114
3.8.1 正循环与热机/114
3.8.2 逆循环/116
*3.8.3 蒸汽机简介/117
*3.8.4 内燃机/119
习题/120
第4章 热力学第二定律/128
4.1 自然过程/129
4.1.1 理想气体的绝热自由膨胀/129
4.1.2 自然过程的方向/130
4.2 可逆过程与不可逆过程/130
4.2.1 可逆过程/130
4.2.2 自然界的实际过程都是不可逆的/131
4.2.3 可逆过程和准静态过程/132
4.3 热力学第二定律的两种文字表述/132
4.3.1 克劳修斯表述/132
4.3.2 开尔文表述/133
*4.3.3 第二类永动机/134
4.3.4 两种表述的关系/137
4.3.5 各种不可逆过程是互相关联的/139
4.4 卡诺定理 热力学温标/140
4.4.1 卡诺定理/140
4.4.2 热力学温标/142
4.4.3 热力学第三定律 负温度/143
4.4.4 关于各种温标的小结/143
4.5 热力学概率/144
4.5.1 热现象的微观解释/144
4.5.2 宏观量是相应微观量的统计平均值/146
4.5.3 微观配容与宏观分布/146
4.5.4 宏观分布和微观配容数的计算/147
4.5.5 等概率原理/148
4.5.6 热力学概率/148
4.5.7 自发过程中的热力学概率总是增大的/149
4.6 熵 熵增加原理/150
4.6.1 玻尔兹曼关系/150
4.6.2 熵的物理意义/152
*4.6.3 信息熵/152
4.6.4 熵增加原理/153
4.7 热力学第二定律的数学表达式/153
4.7.1 克劳修斯熵/153
*4.7.2 熵差的计算/155
习题/156
第5章 固体和液体的性质/158
5.1 物质的物态/158
5.1.1 物态/158
5.1.2 气液固三态的特点/159
5.1.3 液晶/160
*5.1.4 流变学/160
*5.1.5 凝聚态物理/161
5.2 固体的性质简介/162
5.2.1 晶体/162
5.2.2 非晶体/164
5.3 液体的微观结构/166
5.3.1 液体的微观结构及分子热运动/166
5.3.2 液体分子的热运动与作用能/167
5.4 液体的物体性质/168
5.4.1 液体的压缩/168
5.4.2 液体的热膨胀/168
5.4.3 液体的热容/168
5.4.4 扩散/168
5.4.5 热传导/169
5.4.6 黏滞/169
5.5 液体的表面性质/169
5.5.1 表面张力/169
5.5.2 弯曲液面的附加压强/176
5.6 润湿与毛细现象/179
5.6.1 润湿与不润湿现象/179
5.6.2 接触角/180
5.6.3 毛细现象/182
习题/185
第6章 相变/189
6.1 物态变化 相变/189
6.1.1 物态变化/189
6.1.2 相 相变/190
6.1.3 一级相变/191
6.2 液-气相变/192
6.2.1 汽化和液化/192
6.2.2 蒸发 饱和蒸气压/193
6.2.3 沸腾/198
6.2.4 蒸发与沸腾的比较/200
6.2.5 气体的液化/200
6.2.6 汽化曲线或液化曲线/202
6.2.7 汽化热和液化热/202
6.2.8 空气的湿度/204
6.3 固-液相变/206
6.3.1 熔化与凝固/206
6.3.2 影响熔点的因素/207
6.3.3 熔化热 凝固热/207
6.3.4 熔化曲线/208
6.4 固-气相变/211
6.4.1 升华与凝华/211
6.4.2 升华热和凝华热/211
6.4.3 升华曲线/212
6.5 三相图和三相点/212
6.5.1 三相图/212
6.5.2 三相点/213
6.5.3 相变潜热/214
习题/215
第7章 弱耦合系统中的玻尔兹曼分布律/218
7.1 弱耦合系统中的分子/219
7.1.1 弱耦合系统/219
7.1.2 几何空间与速度空间/219
7.2 玻尔兹曼分布律/219
7.2.1 玻尔兹曼分布律的一般表达式/219
7.2.2 六维空间体元中的分子数/221
7.3 重力场中微粒按高度的分布/221
7.3.1 大气分子密度度/221
7.3.2 等温大气压公式/223
7.3.3 悬浮微粒按高度的分布/223
7.4 麦克斯韦速度及速度分量的分布律/225
7.4.1 麦克斯韦速度分布律/225
7.4.2 麦克斯韦速度分量的分布函数/225
7.4.3 麦克斯韦速度及速度分量分布函数的归一化/226
7.5 麦克斯韦速率分布律/226
7.5.1 麦克斯韦速率分布律的数学表达式/226
7.5.2 麦克斯韦速率分布律的特征/227
7.5.3 麦克斯韦速率分布律的实验验证/229
*7.6 相对于vp的速度分量分布函数以及速率分布函数/230
7.6.1 无量纲的麦克斯韦速度分量分布函数/230
7.6.2 无量纲的麦克斯韦速率分布律/231
*7.7 麦克斯韦速率分布律的应用/232
7.7.1 气体系统单位时间碰到单位面积上的分子数/232
7.7.2 多普勒谱线展宽/233
7.7.3 河流/234
习题/237
第8章 输运过程/242
8.1 黏滞/243
8.1.1 黏滞现象/243
8.1.2 黏滞现象的物理模型/243
8.1.3 牛顿黏滞定律/244
8.2 扩散/246
8.2.1 扩散现象/246
8.2.2 扩散现象的物理模型/246
8.2.3 菲克扩散定律/247
8.3 热传递/249
8.3.1 热传递现象/249
8.3.2 热传递的分类/249
8.4 热传导/250
8.4.1 热传导现象/250
8.4.2 热传导的物理模型/251
8.4.3 傅里叶热传导定律/251
8.5 对流/255
8.5.1 牛顿冷却定律/256
8.5.2 热传导、热对流所传递的热量与温度差/257
*8.5.3 大气环流/258
8.6 热辐射/258
8.6.1 黑体与黑体辐射/259
8.6.2 斯特藩-玻尔兹曼定律/260
8.6.3 维恩位移律/261
*8.6.4 色温/262
8.6.5 三种输运过程的宏观特征/262
8.7 热平衡方程/263
8.8 热膨胀/267
8.8.1 分子动理论的定性解释/267
8.8.2 热膨胀系数/267
8.8.3 固体的热膨胀/268
*8.8.4 高铁技术/269
8.8.5 液体的热膨胀/270
8.8.6 气体的热膨胀/271
习题/272
习题参考答案/277