本書全面介紹了材料(冶金)熱力學內(nèi)容，深入淺出，言簡意賅習。作者從工程應用的角度闡釋了材料(冶金)熱力學，內(nèi)容表述更貼合材料和冶金專業(yè)課程內(nèi)容，學生更容易理解和接受。第1-6章講解了熱力學三大定律和麥克斯韋爾關(guān)系，是材料與冶金熱力學的基礎(chǔ)部分；第7-10章涉及相平衡，包括一元、二元的氣相和液相系統(tǒng)平衡，是材料與冶金相圖的基礎(chǔ)；第11-15章分別涉及氣相化學反應、液相反應、電化學反應以及相變熱力學，講述材料制備以及金屬熱處理的熱力學原理。此外，本書每個章節(jié)都有與材料和冶金工程實際問題相關(guān)的例題和習題，對于培養(yǎng)學生的綜合分析能力大有裨益。
第一部分 熱力學原理 1
第1章 引言和術(shù)語的定義 2
1.1 引言 2
1.2 狀態(tài)的概念 3
1.3 平衡的例子 5
1.4 理想氣體的狀態(tài)方程 6
1.5 能量與功的單位 8
1.6 熱力學廣延量和強度量 8
1.7 平衡相圖和熱力學組分 9
1.8 熱力學定律 11
1.8.1 熱力學第一定律 11
1.8.2 熱力學第二定律 11
1.8.3 熱力學第三定律 11
1.9 小結(jié) 11
1.10 本章概念和術(shù)語 12
1.11 證明例題 13
1.12 計算例題 13
作業(yè)題 15
第2章 熱力學第一定律 16
2.1 引言 16
2.2 熱-功關(guān)系 16
2.3 內(nèi)能與熱力學第一定律 17
2.4 恒容過程 20
2.5 恒壓過程和焓 20
2.6 熱容 21
2.7 可逆絕熱過程 25
2.8 理想氣體可逆等溫過程的壓力或體積變化 26
2.9 其它形式的功 27
2.9.1 順磁性材料的磁功 28
2.9.2 介電材料的電功 28
2.9.3 形成或擴展表面的功 28
2.10 小結(jié) 29
2.11 本章概念和術(shù)語 30
2.12 證明例題 31
2.13 計算例題 32
作業(yè)題 35
附錄2A 關(guān)于δw 符號慣例的說明（以1摩爾理想氣體為例) 37
第3章 熱力學第二定律 39
3.1 引言 39
3.2 自發(fā)或自然過程 39
3.3 熵和不可逆性的量化 40
3.4 可逆過程 41
3.5 可逆過程和不可逆過程的示例 42
3.5.1 理想氣體的等溫可逆膨脹 42
3.5.2 理想氣體的自由膨脹 43
3.6 可逆和不可逆膨脹的深層次差異 44
3.7 理想氣體的等溫可逆壓縮 44
3.8 理想氣體的絕熱膨脹 45
3.9 要點總結(jié) 46
3.10 熱機性質(zhì) 46
3.11 熱力學溫標 48
3.12 熱力學第二定律 50
3.13 最大功 51
3.14 熵和平衡判據(jù) 53
3.15 熱力學第一定律和第二定律的綜合表述 53
3.16 小結(jié) 55
3.17 本章概念和術(shù)語 56
3.18 證明例題 56
3.19 計算例題 57
作業(yè)題 61
第4章 熵的統(tǒng)計解釋 63
4.1 引言 63
4.2 熵和原子尺度上的混亂度 63
4.3 微觀狀態(tài)的概念 64
4.4 微正則方法 65
4.4.1 在不同指定能量可區(qū)分位置上的等同粒子 65
4.4.2 晶體中不同類原子的構(gòu)型熵 67
4.4.3 有關(guān)原子排列的磁自旋構(gòu)型熵 69
4.5 玻爾茲曼分布 71
4.6 溫度的影響 73
4.7 熱平衡和玻爾茲曼方程 74
4.8 熱流和熵產(chǎn) 75
4.9 小結(jié) 76
4.10 本章概念和術(shù)語 77
4.11 證明例題 78
4.12 計算例題 79
作業(yè)題 81
第5章 基礎(chǔ)方程及其關(guān)系 82
5.1 引言 82
5.2 焓H 83
5.3 亥姆霍茲自由能A 83
5.4 吉布斯自由能G 86
5.5 封閉系統(tǒng)的基本方程 87
5.6 封閉系統(tǒng)成分的變化 88
5.7 化學勢 88
5.8 熱力學關(guān)系 90
5.9 麥克斯韋爾關(guān)系 91
5.10 麥克斯韋爾關(guān)系應用實例 92
5.10.1 第一TdS 方程 92
5.10.2 第二TdS 方程 94
5.10.3 S 和V 為獨立變量T 和P 的函數(shù) 95
5.10.4 能量方程（內(nèi)能) 96
5.10.5 另一個能量方程（焓) 96
5.10.6 磁麥克斯韋爾關(guān)系 96
5.10.7 S、V 和M 與獨立變量T 、P 和H 97
5.11 另一個重要公式（循環(huán)關(guān)系式) 97
5.12 吉布斯-亥姆霍茲方程 98
5.13 小結(jié) 99
5.14 本章概念和術(shù)語 100
5.15 證明例題 101
5.16 計算例題 102
作業(yè)題 103
第6章 熱容、焓、熵和熱力學第三定律 106
6.1 引言 106
6.2 熱容的理論計算 107
6.3 熱容的經(jīng)驗表述 110
6.4 焓作為溫度和成分的函數(shù) 112
6.5 熵對溫度的依賴和熱力學第三定律 117
6.5.1 熱力學第三定律的發(fā)展 117
6.5.2 熱力學第三定律的明顯反例 119
6.6 熱力學第三定律的實驗驗證 120
6.7 壓力對焓和熵的影響 124
6.8 小結(jié) 125
6.9 本章概念和術(shù)語 126
6.10 證明例題 126
6.11 計算例題 127
作業(yè)題 132
附錄6A 133
第二部分 相平衡 135
第7章 單組分系統(tǒng)的相平衡 136
7.1 引言 136
7.2 恒壓吉布斯自由能隨溫度的變化 137
7.3 恒溫吉布斯自由能隨壓力的變化 139
7.4 吉布斯自由能作為溫度和壓力的函數(shù) 140
7.5 氣相與凝聚相的平衡 142
7.6 氣相與凝聚相平衡的圖形表述 144
7.7 固-固平衡 144
7.8 磁場對P-T 相圖的影響 147
7.9 小結(jié) 148
7.10 本章概念和術(shù)語 149
7.11 證明例題 149
7.12 計算例題 151
作業(yè)題 153
第8章 氣體的性質(zhì) 156
8.1 引言 156
8.2 氣體的P-V-T 關(guān)系 156
8.3 理想氣體與混合理想氣體的熱力學性質(zhì) 156
8.3.1 理想氣體的混合 157
8.3.2 理想氣體混合焓 159
8.3.3 理想氣體混合吉布斯自由能 160
8.3.4 理想氣體混合熵 161
8.4 偏離理想氣體與真實氣體的狀態(tài)方程 161
8.5 范德瓦耳斯流體 164
8.6 非理想氣體的其它狀態(tài)方程 171
8.7 非理想氣體的進一步熱力學處理 171
8.8 小結(jié) 176
8.9 本章概念和術(shù)語 177
8.10 證明例題 178
8.11 計算例題 179
作業(yè)題 181
第9章 溶液的性質(zhì) 183
9.1 引言 183
9.2 拉烏爾定律和亨利定律 183
9.3 溶液組分的熱力學活度 186
9.4 吉布斯-杜亥姆方程 187
9.5 溶液的生成吉布斯自由能 188
9.5.1 溶液的摩爾吉布斯自由能和溶液組分的偏摩爾吉布斯自由能 188
9.5.2 形成溶液時吉布斯自由能的變化 189
9.5.3 切線截距法（圖解法) 190
9.6 理想溶液的性質(zhì) 190
9.6.1 形成理想溶液伴隨的體積變化 191
9.6.2 理想溶液的形成焓 191
9.6.3 理想溶液的形成熵 192
9.7 非理想溶液 194
9.8 應用吉布斯-杜亥姆關(guān)系確定活度 196
9.8.1 亨利定律與拉烏爾定律的關(guān)系 198
9.8.2 直接計算總的摩爾混合吉布斯自由能 198
9.9 正規(guī)溶液 200
9.10 溶液的統(tǒng)計模型 203
9.10.1 正規(guī)溶液模型的擴展：原子序參數(shù) 206
9.10.2 考慮次近鄰的相互作用 208
9.11 亞正規(guī)溶液 209
9.12 應用于聚合物的改進的正規(guī)溶液模型 210
9.13 小結(jié) 211
9.14 本章概念和術(shù)語 213
9.15 證明例題 213
9.16 計算例題 215
作業(yè)題 216
第10章 二元體系的吉布斯自由能-組成圖與相圖 219
10.1 引言 219
10.2 吉布斯自由能和熱力學活度 219
10.3 常見二元平衡相圖的定性概述 221
10.3.1 透鏡圖：正規(guī)溶液模型 221
10.3.2 不相等的混合焓 222
10.3.3 相圖中的低溫區(qū) 222
10.3.4 共晶和共晶相圖 223
10.3.5 包晶和包晶相圖 224
10.4 液體和固體標準狀態(tài) 225
10.5 正規(guī)溶液形成吉布斯自由能 230
10.6 正規(guī)溶液相穩(wěn)定判據(jù) 232
10.7 相圖、吉布斯自由能和熱力學活度 235
10.8 液相和固相均呈正規(guī)溶液性質(zhì)的二元相圖 241
10.9 小結(jié) 247
10.10 本章概念和術(shù)語 247
10.11 證明例題 248
10.12 計算例題 249
作業(yè)題 253
附錄10A 255
附錄10B 256
第三部分 反應和相變 259
第11章 氣體的反應 260
11.1 引言 260
11.2 混合氣體反應平衡和平衡常數(shù) 260
11.3 溫度對平衡常數(shù)的影響 264
11.4 壓力對平衡常數(shù)的影響 266
11.5 焓和熵共同影響的反應平衡 266
11.6 SO2（g)-SO3（g)-O2（g)系統(tǒng)的反應平衡 268
11.6.1 溫度的影響 269
11.6.2 壓力的影響 270
11.6.3 溫度和壓力變化的影響 270
11.7 H2O-H2 和CO2-CO混合物的平衡 272
11.8 小結(jié) 273
11.9 本章概念和術(shù)語 274
11.10 證明例題 275
11.11 計算例題 276
作業(yè)題 280
第12章 純凝聚相和氣相的反應 282
12.1 引言 282
12.2 純凝聚相和氣相系統(tǒng)的反應平衡 282
12.3 標準吉布斯自由能變化隨溫度的變化 286
12.4 氧勢圖 （埃林漢姆圖、Ellingham 圖) 288
12.5 相變的影響 293
12.5.1 銅氧化實例 295
12.5.2 鐵氯化實例 295
12.6 碳的氧化物 297
12.6.1 2CO+O2 ????2CO2 的平衡 301
12.6.2 2H2+O2 ????2H2O 的平衡 302
12.7 金屬-碳-氧系統(tǒng)平衡的圖形表述 303
12.8 小結(jié) 306
12.9 本章概念和術(shù)語 307
12.10 證明例題 307
12.11 計算例題 308
作業(yè)題 313
附錄12A 315
附錄12B 315
第13章 凝聚態(tài)溶液組分參與反應的系統(tǒng)平衡 321
13.1 引言 321
13.2 凝聚態(tài)溶液組分參與反應的系統(tǒng)平衡的判據(jù) 322
13.3 可供選擇的標準狀態(tài) 328
13.4 吉布斯平衡相律 333
13.5 優(yōu)勢區(qū)域圖 337
13.6 包含化合物的二元體系 346
13.7 相平衡的圖形表示 353
13.7.1 Mg-Al-O系統(tǒng)的相平衡 353
13.7.2 碳飽和Al-C-O-N系統(tǒng)的相平衡 356
13.8 可變組分氧化物相的形成 359
13.9 氣體在金屬中的溶解度 365
13.10 含有幾種溶質(zhì)的稀溶液 368
13.11 小結(jié) 374
13.12 本章概念和術(shù)語 376
13.13 證明例題 377
13.14 計算例題 378
作業(yè)題 384
第14章 電化學 388
14.1 引言 388
14.2 化學驅(qū)動力和電驅(qū)動力的關(guān)系 389
14.3 濃度對電動勢（EMF)的影響 392
14.4 化成電池 393
14.5 濃差電池 395
14.6 電動勢（EMF)的溫度系數(shù) 398
14.7 熱能（熱)效應 400
14.8 水溶液的熱力學 401
14.9 離子的形成吉布斯自由能和標準還原電勢 403
14.9.1 溶度積 408
14.9.2 酸度的影響 409
14.10 電位-pH （Pourbaix)圖 410
14.10.1 鋁的電位-pH （Pourbaix)圖 412
14.10.2 兩種溶解物之間的平衡 412
14.10.3 兩種固體之間的平衡 413
14.10.4 固體與一種溶解物質(zhì)的平衡 415
14.10.5 氧化鋁在水溶液中的溶解度 417
14.11 小結(jié) 417
14.12 本章概念和術(shù)語 419
14.13 證明例題 420
14.14 計算例題 420
作業(yè)題 423
第15章 相變熱力學 425
15.1 熱力學和驅(qū)動力 425
15.1.1 組成不變的相變 425
15.1.2 組成發(fā)生變化的相變 427
15.2 T0 曲線的使用 428
15.2.1 馬氏體轉(zhuǎn)變 429
15.2.2 塊狀轉(zhuǎn)變 429
15.2.3 由液體形成非晶相 430
15.3 表面能 430
15.4 形核與表面能 432
15.4.1 均勻形核 432
15.4.2 異質(zhì)形核 432
15.5 毛細作用和局部平衡 433
15.6 朗道相變理論熱力學 434
15.7 小結(jié) 438
15.8 本章概念和術(shù)語 439
15.9 證明例題 439
作業(yè)題 440
附錄A 部分熱力學與熱化學數(shù)據(jù) 443
附錄B 全微分方程 449
附錄C 由勒讓德變換導出其它熱力學勢 451
（術(shù)語表) 命名法 456
廣延熱力學性質(zhì)的符號 458
部分作業(yè)題答案 459
索引 471
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