內容介紹
內容提要本書是為工科院校低溫工程專業碩士研究生編寫的學位課程教材，其
目的是使研究生加深同低溫技術有關的熱力學理論，擴大熱力學知識範圍，
並從理論上掌握獲得mK級及其以下低溫條件的原理和方法。本書總計6
章。前3章為基礎部分，講述有關的熱力學理論，主要是研究物質熱現象
的微觀理論和相變理論，並結合說明低溫技術中的有關問題。後3章為專
題部分，針對低溫技術中的幾個主要問題；氦的性質和氦製冷、磁場熱力
學和磁製冷以及超流動性和超導電性，從熱力學角度進行分析和論述，並
結合闡明mK級和μK級製冷方法的原理。全書注重概念和機理的闡述，
並結合實際套用。每章附有練習題，便於組織教學。
本書除用作研究生教材外，還可作為高年級本科生、青年教師和科研
人員自學參考書。
作者介紹
作者簡介張祉?，陝西省耀縣人，
1925年生，1949年畢業於原西北
工學院。現任西安交通大學動力
系教授、圖書館館長，並任國家
科委發明獎特邀審查員及國際制
冷學會A－1/2委員會委員等職。
任教40年來，主要從事熱工學、
熱力學、製冷與低溫技術方面的
教學工作及低溫絕熱技術、天然
氣的液化和分離方面的科學研究
工作。主編全國通用教材《製冷
原理與設備》和《低溫技術原理
與裝置》，發表科技論文十多篇。
作品目錄
目錄第1章 氣體動力論
1.1 緒論
1.1.1 研究物質熱現象的巨觀理論和微觀理論
1.1.2 氣體動力論及其發展
1.2 理想氣體動力論的基本概念
1.2.1 物理模型的建立
1.2.2 理想氣體動力論的基本方程
1.2.3 理想氣體的溫度和狀態方程
1.3 分子按速度的分布
1.3.1 分布函式
1.3.2 麥克斯韋速度分布律
1.3.3 麥克斯韋分布律的實驗驗證
1.4 氣體分子的平均速度和最可幾速度
1.5 能量按自由度均分原理
1.5.1 單原子氣體能量均分原理
1.5.2 理想氣體的內能和比熱
1.6 氣體分子的碰撞和自由程
1.6.1 氣體分子的碰撞和傳輸現象
1.6.2 單位時間的平均碰撞次數和平均自由程
1.6.3 影響平均自由程的因素
1.7 氣體中的擴散
1.7.1 費克定律
1.7.2 非穩態擴散
1.7.3 穩態擴散
1.8 氣體中的導熱
1.8.1 基本概念和傅立葉定律
1.8.2 非穩態導熱
1.8.3 穩態導熱
1.9 氣體的內摩擦
1.9.1 內摩擦的產生機理
1.9.2 內摩擦係數
1.9.3 各傳輸係數間的關係
1.10 稀薄氣體的特性
1.10.1 熱分子壓力效應和熱流逸現象
1.10.2 分子密度的漲落
1.10.3 稀薄氣體傳輸現象的特點
1.11 稀薄氣體的流動
1.11.1 氣體流動的型態及分子流的概念
1.11.2 通過小孔的分子流動
1.11.3 長管中的分子流動（克努森流動）
1.11.4 氣體混合物的分子流動氣體的分離
1.12 稀薄氣體中的傳熱
1.12.1 熱適應係數 氣體同固體表面間的換熱
1.12.2 兩平行平板間的自由分子導熱
1.12.3 兩同心圓筒壁間的自由分子導熱
1.13 分子間作用力與實際氣體狀態特性
1.13.1 分子間的作用力
1.13.2 實際氣體的狀態特性
練習題
第2章 統計熱力學基礎
2.1 緒論
2.2 粒子運動狀態的描述
2.2.1 粒子運動狀態的經典描述
2.2.2 粒子運動狀態的量子描述
2.3 體系微觀狀態及熱力學幾率
2.3.1 體系微觀狀態的描述
2.3.2 宏態數、微態數和熱力學幾率
2.4 三種統計方法
2.4.1 MB統計
2.4.2 BE統計和FD統計
2.4.3 三種統計的比較
2.5 平衡狀態時的粒子分布
2.5.1 分布律的推導方法
2.5.2 玻爾茲曼關係和拉格朗日乘數
2.5.3 三種統計分布律的比較
2.6 配分函式和熱力學參數的計算
2.6.1 配分函式同體系巨觀參數的關係
2.6.2 單原子氣體的配分函式和巨觀參數的計算
2.7 能量均分原理
2.8 熱量和功的統計解釋
2.9 光子體系和輻射定律
2.9.1 光子體系的特性
2.9.2 普朗克輻射方程
2.9.3 史蒂芬－玻爾茲曼定律
2.9.4 維恩定律
練習題
第3章 純物質的巨觀性質和相變過程
3.1 引言
3.2 熱力學函式及其關係式
3.2.1 熱力學函式
3.2.2 特性函式和麥克斯韋關係
3.2.3 吉布斯－亥爾姆霍茨方程
3.2.4 TdS方程
3.3 比熱關係式
3.3.1 定壓比熱同定容比熱之差
3.3.2 定壓比熱同定容比熱之比
3.4 低溫下固體的比熱
3.4.1 非金屬晶體的比熱
3.4.2 金屬的比熱
3.5 氣體的比熱
3.5.1 關於氣體熱容量的理論
3.5.2 單原子及雙原子氣體的比熱
3.5.3 多原子氣體的比熱
3.6 氣體膨脹製冷
3.6.1 氣體的等熵膨脹
3.6.2 氣體的絕熱節流
3.6.3 氣體流經等截面管時的絕熱膨脹
3.7 純物質的一階相變
3.7.1 一階相變的基本特徵
3.7.2 克拉貝隆－克勞修斯方程
3.7.3 相變潛熱同溫度的關係
3.7.4 純物質的相圖和pvT圖
3.8 升華過程及蒸汽壓力方程
3.8.1 升華過程的近似計算
3.8.2 克希霍夫方程
3.8.3 蒸氣壓力方程
3.9 蒸發過程
3.10 高階相變
3.10.1 二階相變
3.10.2 其它高階相變
練習題
第4章 氦的性質和氦製冷
4.1 氦的一般性質
4.1.1 氦的兩種同位素
4.1.2 氦的氣液相變
4.2 液體He4的性質
4.2.1 He4的相圖
4.2.2 液體He4的熱物理性質
4.2.3 按近λ點時Pp隨溫度的變化
4.3 液體He3的性質
4.3.1 He3的相圖
4.3.2 液體He3的熱物理性質
4.4 固體氦的性質
4.4.1 氦的固液平衡和固體氦的晶體結構
4.4.2 固體氦的熱力性質
4.4.3 熔解過程中能量的變化
4.5 氦製冷
4.5.1 液氦抽氣蒸發製冷
4.5.2 He3壓縮製冷
4.6 He3－He4混合物的性質
4.6.1 溶液的相圖
4.6.2 滲透壓力
4.6.3 溶液的焓和熵
4.7 氦稀釋制冷機的工作原理
4.7.1 制冷機的組成及工作過程
4.7.2 制冷機製冷量的計算及性能分析
4.7.3 制冷機的熱量平衡
附表4－1 飽和液體He的性質
附表4－2 飽和液體He3的性質
附表4－3 沿熔解曲線固體He4的熱力性質
附表4－4 沿熔解曲線He3的壓力和熵
練習題
第5章 電磁場熱力學和磁製冷
5.1 功的一般概念
5.2 電極化功和磁極化功
5.2.1 電極化功
5.2.2 磁極化功
5.3 電場和磁場的熱力學關係
5.3.1 基本方程和定義
5.3.2 麥克斯韋關係
5.3.3 TdS方程
5.4 磁製冷的熱力學基礎
5.4.1 原子磁性及順磁鹽的熱力學性質
5.4.2 磁場強度變化時順磁鹽溫度的變化
5.5 順磁鹽絕熱退磁製冷
5.5.1 裝置及其操作過程
5.5.2 絕熱退磁製冷的熱力學分析
5.6 磁製冷機
5.6.1 磁製冷機的理論循環
5.6.2 磁製冷機的實現方式
5.7 核絕熱退磁製冷
5.7.1 核磁性
5.7.2 核絕熱退磁製冷的原理和設備
5.8 各種工質體系製冷過程熵的分析
練習題
第6章 超流動性和超導電性
6.1 HeⅡ的超流動性
6.1.1 超常導熱性
6.1.2 超常流動性
6.2 關於HeⅡ超流動性的理論
6.2.1 量子凝結及二流體模型
6.2.2 準粒子理論
6.3 熱機械效應和噴泉效應方程
6.3.1 熱機械效應
6.3.2 噴泉效應方程
6.4 聲波在HeⅡ中的傳播
6.4.1 第二聲
6.4.2 第四聲
6.5 爬行液膜和第三聲
6.6 超流He3簡介
6.6.1 He3與He4原子核結構的不同
6.6.2 超流He3的性質
6.6.3 兩類超流體的比較
6.7 超導電性的基本概念
6.7.1 零電阻及超導電性
6.7.2 超導材料及其超導臨界溫度
6.7.3 影響超導臨界溫度的因素
6.8 第I類超導體的磁學性質
6.8.1 臨界磁場強度
6.8.2 臨界電流
6.8.3 邁斯納效應
6.9 第I類超導體的熱力學性質
6.9.1 超導相變
6.9.2 比熱
6.9.3 導熱係數
6.10 關於超導電性的理論
6.10.1 二流體模型
6.10.2 庫柏對和BCS理論
6.11 第Ⅱ類超導體簡介
練習題
附錄
附錄一 本書用物理量符號表
附錄二 基本物理常數表
附錄三 主題詞索引
附錄四 人名索引
參考文獻
