現代熱力學：基於擴展卡諾定理（簡體書）

本書對以往180年來公認的熱力學奠基石——卡諾定理提出了挑戰，指出卡諾定理的“可逆性”要求不是能量轉換效率最高的普遍必要條件。明確提出擴展卡諾定理，即“非耗散”的能量轉換是能量轉換效率最高的充分必要條件，從而成為熱力學進一步完整發展的奠基石。本書與流行的眾多經典熱力學著作不同，它是目前國內外唯一完整闡述熱力學各個分支領域和熱力學學科基本分類系統的原創性專著。熱力學是科學的核心內容，熱力學第二定律又是熱力學的核心內容。在本書中提供了熱力學第二定律在各分支領域的數學表達式，形成了一個完整的學科體系。作為一本專門深化熱力學第二定律認識的專著，必將推進物理、化學、材料科學、生命科學等理工科和一些人、文科學基礎概念的發展。 本書是原創性專著，文字淺近易懂。讀者是上述相關專業的教師、研究人員、工程技術人員、研究生及本科生等，本書也可以作為熱力學課程教學改革方面的相關教材或補充教材。

王季陶，教授，1933年5月生於上海。1955年復旦大學本科畢業，先后在復旦大學化學系、物理系、材料科學系、電子工程系和微電子學系從事教學和科研工作。 在近15年中，主要從事熱力學基礎研究。1990年提出“低壓金剛石氣相生長的熱力學耦合模型”，2000年創建“非平衡非耗散熱力學”新領域，2002年以后又提出完整的熱力學學科基本分類系統，使熱力學學科領域得到進一步的發展。2002年作者的英文版專著Nonequilibrium Nondissipative Thermodynamics-With Application to Low-Pressure Diamond Synthesis由Springer出版發行，目前已有兩篇國外的書評發表加以推薦。此外，作者還提出“低壓化學氣相淀積膜工藝的模擬模型”和“化學氣相淀積鎢膜的半封閉結構模型”，1999年擔任首屆亞洲化學氣相淀積會議主席。科研中曾獲得1985年國家科技進步二等獎，以及國家發明四等獎、教育部自然科學二等獎、上海市重大科技成果二等獎、電子工業部科技成果二等獎等多項科技獎勵。其他著作有《低壓化學蒸汽淀積論文選(一)：低壓化學蒸汽淀積的計算機模擬(英文版)》、《半導體材料》、《金剛石低壓氣相生長的熱力學耦合模型》、《非平衡定態相圖：人造金剛石的低壓氣相生長熱力學》等。

前言
1 現代熱力學綱要
1.1 熱力學第二定律面臨著來自兩方面的挑戰
1.2 困惑的根源：卡諾定理
1.3 克勞修斯不等式的不完整性
1.4 當前21世紀熱力學的分類系統
1.5 非耗散熱力學的典型案例：非平衡相圖
1.6 耗散熱力學的典型案例：螺旋反應
1.7 昂薩格倒易關係的非熱力學假定
1.8 普里高京耗散結構的非熱力學模型
1.9 耗散減少原理
1.10 一些基礎概念和定義
1.11 本綱要的結語
參考文獻
2 熱力學的發展史簡要
2.1 古代對熱的認識
2.2 卡諾定理
2.3 熱的本質
2.4 熱力學第一定律
2.5 絕對溫標
2.6 熱力學第二定律
2.7 熵函數及熵增原理
2.8 大量粒子群體的宏觀變化規律
2.9 經典熱力學的發展和局限性
2.10 20世紀的現代熱力學探索期
參考文獻
3 經典熱力學基礎
3.1 經典熱力學的一些基本概念
3.1.1 體系和環境
3.1.2 平衡態、非平衡定態和非平衡態
3.1.3 狀態參數或態函數
3.1.4 可逆過程、不可逆過程和準靜態過程
3.1.5 自發過程和非自發過程
3.2 熱力學基本定律的經典數學表達式
3.2.1 熱力學第一定律的數學表達式
3.2.2 熱力學第二定律的數學表達式
3.3 經典的平衡熱力學
3.4 經典的非平衡熱力學
3.5 平衡的判據
3.6 熵變的計算
3.7 吉布斯自由能與溫度或壓強的關係
3.8 化學勢與溫度或壓強的關係
3.9 化學反應的吉布斯自由能變化
參考文獻
4 現代熱力學基礎
4.1 引言
4.2 熱力學基本定律的普適數學表達式
4.3 局域平衡近似
4.4 熵產生的計算
4.4.1 熱傳導過程的熵產生
4.4.2 熱傳導和物質輸運同時進行的熵產生
4.4.3 熵產生計算的一般表達式
4.5 現代熱力學的熱力學耦合
4.6 薛定諤的“負熵”猜測
4.7 ATP生物合成的化學滲透理論
4.8 熱力學的經典和傳統分類系統
4.8.1 熱力學的經典分類系統
4.8.2 熱力學的傳統分類系統
4.9 熱力學的現代分類系統
4.10 擴展卡諾原理
4.11 耗散（或熵產生）減少原理
參考文獻
5 耗散熱力學
5.1 耗散熱力學
5.2 線性耗散熱力學和昂薩格倒易關係
5.3 循環反應
5.4 熵產生最小化原理
5.5 昂薩格倒易關係的近似性
5.6 非線性耗散熱力學和普里高京耗散結構
5.7 貝納德圖案
5.8 激光發射
5.9 化學振蕩的布魯塞爾振子模型
5.10 杜林結構和傳播波
5.11 普里高京對熱力學耦合的認識偏差
5.12 螺旋反應的熱力學耦合模型
參考文獻
6 激活低壓人造金剛石的熱力學耦合模型
6.1 高壓法人造金剛石
6.2 激活低壓氣相生長人造金剛石
6.3 超平衡原子氫擇優腐蝕的動力學模型
6.4 20世紀80年代的一些熱力學理論
6.4.1 準平衡模型
6.4.2 表面反應熱力學模型
6.4.3 缺陷誘導穩定化模型
6.5 低壓金剛石生長的熱力學耦合模型
6.6 低壓金剛石生長熱力學耦合的機理
6.7 20世紀90年代的其他熱力學模型
6.7.1 統一勢壘模型
6.7.2 荷電團簇模型
6.7.3 欠飽和氣相晶體生長模型
6.8 2005年的納米熱力學模型
參考文獻
7 非耗散熱力學和二元非平衡相圖
7.1 一個簡單的數學問題
7.2 計算相圖（CALPHAD）的本質
7.3 非耗散熱力學和非平衡相圖
7.4 激活石墨的熱力學數據
7.4.1 吉布斯自由能法
7.4.2 平衡常數法
7.5 非平衡相圖的計算原理
7.6 非平衡相圖的計算方法
7.6.1 具體計算步驟
7.6.2 不同的相線類型
7.7 C-H體系的T-X非平衡相圖
7.8 C-H和C-O體系的T-p-X非平衡相圖
7.9 C-（H+0）體系的膺二元T-X非平衡相圖
7.10 C-H體系氣相成分的非平衡相圖
7.11 氣相成分對晶向生長的影響
參考文獻
8 非耗散熱力學和三元非平衡相圖
8.1 巴赫曼的C-H.O體系經驗相圖
8.2 C-H-O體系非平衡投影相圖
8.3 溫度、壓強范圍對C-H-O體系投影相圖的影響
8.4 馬林奈里的O-H-O體系精確實驗相圖
8.5 C-H-O體系截面非平衡相圖
8.6 O-H-X體系非平衡相圖
8.7 低壓CBN合成的非平衡相圖
8.8 對非平衡相圖的一些評價和小結
參考文獻
9 低壓克拉鉆的成功和熱力學的其他動態
9.1 低壓生長克拉珍寶級鉆石的成功
9.2 平衡態和非平衡定態的漲落現象
9.3 熱力學分類系統的相關討論
9.4 什麼是“熱力學”和什麼是“熱力學第二定律
9.5 物理學家的熱力學軟肋——復雜（耦合）體系
9.6 關於“小體系的非平衡熱力學
9.7 結語
參考文獻
索引