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重点讲解材料热力学在处理纯物质及溶体的相平衡、相变及界面问题中的应用，目的是提升学生利用材料热力学理论解决实际问题的能力。
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本书分两部分，前半部分主要介绍热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律和热力学函数及基本关系式等内容，重点讲解热力学三大定律及热力学性质和函数间的关系，其目的是巩固和强化材料热力学的基础理论。后半部分主要讲述多元系统热力学、相平衡状态图、相图热力学分析与计算、相变热力学、化学平衡及界面热力学等内容，重点讲解材料热力学在处理纯物质及溶体的相平衡、相变及界面问题中的应用，目的是提升学生利用材料热力学理论解决实际问题的能力。本书可作为普通高等院校材料类本科生的教材，也可作为其他相关专业本科生或研究生的教学参考书。
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目录前言第1章基本知识1.1热力学简介1.1.1热力学基本内涵1.1.2热力学发展历史1.1.3热力学基本定律1.1.4热力学分类1.1.5材料热力学简介1.2热力学基本概念1.2.1系统与环境1.2.2热力学平衡状态1.2.3状态与状态函数1.2.4广度性质和强度性质1.2.5热力学过程1.2.6饱和蒸气压1.2.7相与相图1.3气体概述1.3.1气体状态的描述1.3.2理想气体状态方程1.3.3实际气体1.4浓度的表示方法1.5热力学中常用的数学知识1.5.1全微分1.5.2常用关系式习题第2章热力学第一定律2.1热平衡定律与热力学温标2.1.1热平衡定律2.1.2热力学温标2.2热力学第一定律2.2.1内能2.2.2热和功2.2.3热力学第一定律的数学表达式2.3功的计算2.3.1体积功的计算2.3.2其他形式功的计算2.4热的计算2.4.1等容热效应2.4.2等压热效应和焓2.4.3热容及简单变温过程热的计算2.5热力学第一定律在理想气体中的应用2.5.1理想气体的内能和焓2.5.2理想气体的热容2.5.3理想气体的绝热可逆过程2.6热力学第一定律在实际气体中的应用2.6.1节流过程及焦耳-汤姆孙系数2.6.2实际气体的内能和焓2.7热力学第一定律在化学反应中的应用2.7.1化学反应进度2.7.2反应热及其计算2.7.3化学反应的内能变化2.8热力学第一定律在相变过程中的应用2.8.1可逆相变2.8.2不可逆相变习题第3章热力学第二、三定律3.1过程的方向和限度3.2热力学第二定律的文字表达3.3卡诺循环与卡诺定理3.3.1卡诺循环3.3.2卡诺定理3.4熵与克劳修斯不等式3.4.1熵的引出及定义3.4.2克劳修斯不等式及其意义3.4.3熵增原理3.4.4不可逆熵的产生3.5熵变的计算3.5.1简单物理过程的熵变3.5.2相变过程的熵变3.5.3混合过程的熵变3.5.4环境熵变3.6熵的统计概念3.7热力学第三定律3.7.1能斯特热定理3.7.2热力学第三定律3.7.3规定熵的计算习题第4章热力学函数及基本关系式4.1亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能4.1.1克劳修斯不等式的转换4.1.2亥姆霍兹自由能及其判据4.1.3吉布斯自由能及其判据4.2热力学函数基本关系式4.2.1热力学基本方程4.2.2特性函数4.2.3对应系数关系式4.2.4麦克斯韦关系式4.3热力学基本关系式的应用4.3.1热力学函数变化的计算4.3.2热力学性质的证明4.3.3纯物质两相系统热力学平衡条件的推导4.4自由能的计算4.4.1简单物理过程4.4.2相变过程4.4.3理想混合过程4.4.4吉布斯-亥姆霍兹方程习题第5章多元系统热力学Ⅰ——基本热力学描述5.1多元均相系统的独立变量数5.2偏摩尔量5.2.1偏摩尔量定义5.2.2偏摩尔量的重要公式5.2.3二元系统中偏摩尔量的确定5.2.4多元系统中偏摩尔量的确定5.3混合性质5.3.1混合性质定义5.3.2偏摩尔混合性质5.3.3混合性质的实验测定5.4多元系统中的化学势及热力学平衡条件5.4.1多元系统中组元的化学势及热力学基本关系式5.4.2多元多相系统热力学平衡的一般条件习题第6章多元系统热力学Ⅱ——化学势表达式及其应用6.1理想气体的化学势6.1.1纯理想气体的化学势公式6.1.2理想气体混合物的化学势公式6.1.3理想气体的混合性质6.2实际气体的化学势6.2.1逸度及逸度系数6.2.2逸度与逸度系数的确定6.3溶液中组元化学势表达式推导的一般思路6.4理想溶液和拉乌尔定律6.4.1拉乌尔定律与理想溶液中组元的蒸气压6.4.2理想溶液中组元的化学势6.4.3理想溶液的混合性质6.5稀溶液和亨利定律6.5.1亨利定律与稀溶液中溶质的蒸气压6.5.2稀溶液中组元的化学势6.5.3依数性6.6实际溶液6.6.1活度与活度系数6.6.2实际溶液各组元的化学势6.6.3关于化学势和活度的总结6.6.4活度的测定与计算6.6.5实际溶液的混合性质与过剩性质习题第7章相平衡状态图7.1相律7.2一元系相图7.2.1水的相图7.2.2其他典型的一元系相图7.3二元系相图概述7.4二元系气-液相图7.4.1理想溶液的气-液相图7.4.2非理想溶液的气-液相图7.4.3杠杆定律7.5二元系液-液相图7.6二元系固-液及固-固相图7.6.1固-液系统相图的实验测绘7.6.2具有简单低共熔混合物的相图7.6.3具有化合物的相图7.6.4具有固溶体的相图7.6.5二元系复杂相图识别的一般方法7.7三元系相图习题第8章相图的热力学分析与计算8.1一元系相图热力学分析8.1.1一元系的吉布斯自由能8.1.2一元系相平衡分析8.1.3一元系两相平衡温度与压力关系的推导8.2二元系中常用的吉布斯自由能模型8.2.1溶液的吉布斯自由能模型8.2.2化合物相的自由能模型8.2.3磁性有序对吉布斯自由能的贡献8.3二元系的相平衡8.3.1相平衡分析判据8.3.2多相共存时系统的摩尔吉布斯自由能8.3.3理想溶液稳定性8.3.4规则溶液稳定性8.3.5实际溶液稳定性8.3.6多相系统相平衡分析8.4二元系相图计算8.4.1二元相图计算的基本思路8.4.2匀晶相图计算8.4.3简单低共熔型相图计算8.4.4基于规则溶液模型的各种形式相图8.4.5包含化合物的相图计算8.4.6实际复杂相图计算简介
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前言热力学贯穿于材料研究的整个过程，现代材料科学的每一次进步和发展都离不开热力学的支撑和帮助，材料热力学的形成和发展是材料科学走向成熟的标志之一。材料热力学课程是材料学科的一门重要专业基础课程，也是世界一流大学材料类专业的必修课程。能熟练应用材料热力学知识来分析和解决材料科学中的问题，是材料类专业学生应具有的基本能力和素质。目前国内已有多所高校在材料类专业本科生培养中开设了材料热力学课程，但其教学用书或采用外文教材或自编讲义，尚缺乏适合材料类专业本科生教学的高水平中文教材。此外，还有很大一部分高校的材料专业仍采用物理化学课程作为材料热力学知识的教学支撑。物理化学原本是化学与化工学科的专业基础课，虽然也涉及热力学的基础知识，部分满足了材料热力学课程的教学要求，但由于其课程体系针对的是化学与化工学科，在课程内容、知识框架、课程目标等方面都与材料热力学课程存在差异，无法完全满足材料学科对于热力学知识的需求。由于国内材料热力学课程体系建设相对落后，适合本科教学的教材缺失，采用物理化学替代材料热力学，也是很多高校的无奈之举。基于此，西北工业大学材料热力学教学团队在多年教学经验总结的基础上，针对本科教学特点和材料热力学知识逻辑体系，兼顾热力学基础知识及其在材料科学中应用，编写了本书。热力学在材料科学中的应用主要集中于两点:①通过平衡条件，分析材料体系平衡时的状态特点;②通过化学势分析材料组织结构演化的方向和驱动力。因此，本书以热力学平衡条件和化学势为纽带，联通热力学基础知识和材料科学，构建了以热力学平衡条件和化学势分析为核心的知识框架;将热力学平衡条件的推导，从传统物理化学教材中的溶液热力学章节，前移至组成不变系统热力学基本关系式后，使学生更早地接触这一核心内容;以热力学平衡条件和化学势分析为核心，贯穿后续相平衡状态图、相图热力学、相变热力学、化学平衡及界面热力学等章节，从而实现热力学基础知识与材料科学的有机融合。同时，为强化热力学与材料学科的关联，在热力学三大定律及基础知识部分，对自发概念、功与热的计算等与材料研究相关性较弱的内容进行了精简，对熵、吉布斯自由能、化学势等重要概念及相关公式推导思路的阐释进行加强，对状态函数计算、基本关系式等繁多公式进行了归类整理;在相图热力学、相变热力学、界面热力学等章节，对材料平衡状态的分析方法以及材料加工过程中驱动力等内容进行了扩展。最终构建基础知识翔实、逻辑结构清晰、与材料科学密切关联的知识体系。全书共计11章，包括热力学基本定律、热力学函数及基本关系式、多元系统热力学、相平衡状态图、相图的热力学分析与计算、相变热力学、化学平衡及界面热力学等章节，其中王锦程编写了第1、2、11章，王海丰编写了第3、4章，李俊杰编写了第5~7章，南京理工大学吴锵教授编写了第8章并审阅了全书，王志军编写了第9章，林鑫编写了第10章，刘建睿、何峰、王雷协助编写了部分章节。本书得到了西北工业大学教材出版基金资助，并入选工业和信息化部“十四五”规划教材和高等学校材料类专业教学指导委员会规划教材，在此表示感谢!习近平总书记指出:“当今世界的竞争说到底是人才竞争、教育竞争”“我国要实现高水平科技自立自强，归根结底要靠高水平创新人才”。材料热力学课程作为材料类本科专业一门重要的基础课，在材料领域创新型人才培养中发挥着重要作用。希望本书的出版能为国内材料类专业本科教学与人才培养提供一定的帮助。限于编者水平有限，书中如有取材不当、叙述不清甚至错误之处，希望读者批评指正，以便再版时得以更正。
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