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前言1

1 现代热力学纲要1

1.1 热力学第二定律面临着来自两方面的挑战1

1.2 困惑的根源：卡诺定理3

1.3 克劳修斯不等式的不完整性5

1.4 当前21世纪热力学的分类系统8

1.5 非耗散热力学的典型案例：非平衡相图10

1.6 耗散热力学的典型案例：螺旋反应12

1.7 昂萨格倒易关系的非热力学假定14

1.8 普里高京耗散结构的非热力学模型15

1.9 耗散减少原理15

1.10 一些基础概念和定义16

1.11 本纲要的结语18

参考文献19

2 热力学的发展史简要22

2.1 古代对热的认识22

2.2 卡诺定理23

2.3 热的本质29

2.4 热力学第一定律32

2.5 绝对温标35

2.6 热力学第二定律36

2.7 熵函数及熵增原理39

2.8 大量粒子群体的宏观变化规律42

2.9 经典热力学的发展和局限性46

2.10 20世纪的现代热力学探索期54

参考文献60

3 经典热力学基础62

3.1 经典热力学的一些基本概念62

3.1.1 体系和环境62

3.1.2 平衡态、非平衡定态和非平衡态63

3.1.3 状态参数或态函数64

3.1.4 可逆过程、不可逆过程和准静态过程65

3.1.5 自发过程和非自发过程65

3.2 热力学基本定律的经典数学表达式66

3.2.1 热力学第一定律的数学表达式66

3.2.2 热力学第二定律的数学表达式67

3.3 经典的平衡热力学72

3.4 经典的非平衡热力学76

3.5 平衡的判据78

3.6 熵变的计算80

3.7 吉布斯自由能与温度或压强的关系86

3.8 化学势与温度或压强的关系88

3.9 化学反应的吉布斯自由能变化92

参考文献95

4 现代热力学基础97

4.1 引言97

4.2 热力学基本定律的普适数学表达式99

4.3 局域平衡近似103

4.4 熵产生的计算105

4.4.1 热传导过程的熵产生106

4.4.2 热传导和物质输运同时进行的熵产生107

4.4.3 熵产生计算的一般表达式109

4.5 现代热力学的热力学耦合111

4.6 薛定谔的“负熵”猜测125

4.7 ATP生物合成的化学渗透理论129

4.8 热力学的经典和传统分类系统132

4.8.1 热力学的经典分类系统132

4.8.2 热力学的传统分类系统133

4.9 热力学的现代分类系统136

4.10 扩展卡诺原理139

4.11 耗散（或熵产生）减少原理140

参考文献141

5 耗散热力学145

5.1 耗散热力学145

5.2 线性耗散热力学和昂萨格倒易关系148

5.3 循环反应150

5.4 熵产生最小化原理153

5.5 昂萨格倒易关系的近似性155

5.6 非线性耗散热力学和普里高京耗散结构159

5.7 贝纳德图案159

5.8 激光发射161

5.9 化学振荡的布鲁塞尔振子模型163

5.10 杜林结构和传播波165

5.11 普里高京对热力学耦合的认识偏差169

5.12 螺旋反应的热力学耦合模型170

参考文献173

6 激活低压人造金刚石的热力学耦合模型176

6.1 高压法人造金刚石176

6.2 激活低压气相生长人造金刚石180

6.3 超平衡原子氢择优腐蚀的动力学模型185

6.4 20世纪80年代的一些热力学理论188

6.4.1 准平衡模型189

6.4.2 表面反应热力学模型190

6.4.3 缺陷诱导稳定化模型193

6.5 低压金刚石生长的热力学耦合模型195

6.6 低压金刚石生长热力学耦合的机理197

6.7 20世纪90年代的其他热力学模型200

6.7.1 统一势垒模型201

6.7.2 荷电团簇模型204

6.7.3 欠饱和气相晶体生长模型206

6.8 2005年的纳米热力学模型207

参考文献209

7 非耗散热力学和二元非平衡相图213

7.1 一个简单的数学问题213

7.2 计算相图（CALPHAD）的本质216

7.3 非耗散热力学和非平衡相图218

7.4 激活石墨的热力学数据220

7.4.1 吉布斯自由能法220

7.4.2 平衡常数法222

7.5 非平衡相图的计算原理225

7.6 非平衡相图的计算方法226

7.6.1 具体计算步骤226

7.6.2 不同的相线类型227

7.7 C-H体系的T-X非平衡相图229

7.8 C-H和C-O体系的T-p-X非平衡相图233

7.9 C-（H+O）体系的膺二元T-X非平衡相图235

7.10 C-H体系气相成分的非平衡相图237

7.11 气相成分对晶向生长的影响239

参考文献242

8 非耗散热力学和三元非平衡相图246

8.1 巴赫曼的C-H-O体系经验相图246

8.2 C-H-O体系非平衡投影相图248

8.3 温度、压强范围对C-H-O体系投影相图的影响252

8.4 马林奈里的C-H-O体系精确实验相图253

8.5 C-H-O体系截面非平衡相图254

8.6 C-H-X体系非平衡相图256

8.7 低压cBN合成的非平衡相图257

8.8 对非平衡相图的一些评价和小结261

参考文献263

9 低压克拉钻的成功和热力学的其他动态267

9.1 低压生长克拉珍宝级钻石的成功267

9.2 平衡态和非平衡定态的涨落现象275

9.3 热力学分类系统的相关讨论276

9.4 什么是“热力学”和什么是“热力学第二定律”280

9.5 物理学家的热力学软肋——复杂（耦合）体系282

9.6 关于“小体系的非平衡热力学”288

9.7 结语290

参考文献291

索引293