观念物理3：物质三态‧热学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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原文作者： Paul G. Hewitt

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• 热学
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• 高中物理
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• 物理概念
• 热力学
• 相变
• 能量转换

　　大家都知道，物质是由原子所构成，
　　但你知道所有的原子皆可以回收再利用？
　　今天你唿吸吐出的原子，他日可能会变成别人体内的一份子？

　　别小看包围身边的大气，没有它，
　　我们就不能用吸管喝饮料，鸟儿、飞机也都飞不上天了！
　　了解密度的观念和阿基米德原理，
　　不是为了用来做计算题，
　　而是可以实际帮助你辨别虚金假银。

　　冷、热到底是什么？你能信赖自己的感觉吗？
　　如果热不是一种物质，那它是什么？又要如何传递？
　　热胀冷缩其实并非不变的铁律，谁是例外？

　　物质三态的转变，看似平常不过，
　　背后的过程却非常奥妙复杂。
　　世间所有系统都会变得愈来愈混乱无序，那么人类还有明天吗？
　　热力学原理将为你一一道来。

读者好评

　　这是我读过最棒的物理参考书，
　　也是唯一能让我搞懂
　　物理老师上课到底在讲些什么的宝典。

　　我从国中就开始读《观念物理》，
　　这套书让我的物理解题功力大大增强！

　　建议用班费购买一套放在班上，大家轮流看；
 　　或是请老师建议学校图书馆，多买几套吧。

观念物理系列丛书： 观念物理1：力学与宇宙的律动 本书是观念物理系列的第一部，聚焦于经典力学的核心概念与哲学意涵。我们从亚里士多德的朴素直觉出发，逐步过渡到伽利略的实验精神与牛顿的宏伟综合。内容详尽阐述了运动的本质、力的定义，以及万有引力定律如何统一了地面与天体的运动。 全书深入探讨了惯性、加速度、动量、能量等基本量，并通过对开普勒定律、抛体运动、圆周运动的分析，展示了数学如何成为描述物理实在的强大工具。我们不仅讲解了理论的推导与应用，更着重于考察这些观念如何重塑了人类对宇宙秩序的理解。从决定论的宇宙观到能量守恒的普适性，本书带领读者穿越一场思想的旅程，理解经典物理学的逻辑结构与美学价值。特别收录了对拉格朗日和哈密顿力学形式的初探，为理解更深层次的物理学打下坚实基础。 观念物理2：电磁学——场的革命 本书是观念物理系列的第二部，系统地梳理了电磁学的产生、发展及其对现代科学的颠覆性影响。从静电荷的相互作用、电流的磁效应，到法拉第的场概念的引入，我们清晰地描绘了电与磁如何从孤立的现象被整合为一个统一的框架。 核心内容集中于麦克斯韦方程组的建立。我们细致地剖析了这四个基本方程的物理意义，展示了它们如何预言了电磁波的存在，并将光确认为一种电磁现象。本书强调了位移电流这一关键创新，它不仅解决了安培定律中的矛盾，更为电磁波的传播提供了理论基础。读者将跟随作者的叙述，理解电磁场如何成为描述自然界基本相互作用的一种全新视角，彻底摆脱了“超距作用”的传统束缚。此外，书中还探讨了电磁学的哲学影响，如波动性与粒子性的初步对立，以及它为后来的相对论所铺设的道路。本书旨在使读者透彻理解场的概念在物理学中的核心地位。 观念物理4：相对论与时空结构 作为观念物理系列的第四卷，本书致力于阐释爱因斯坦狭义相对论和广义相对论所带来的时空观的彻底变革。这不是一本简单的计算手册，而是对革命性思想的深度哲学和物理学剖析。 在狭义相对论部分，我们从对光速不变原理的坚持出发，系统地推导出洛伦兹变换，进而讨论了同时性的相对性、尺缩效应、时间膨胀，以及质能等效原理（$E=mc^2$）的深远意义。重点在于阐明，时间和空间不再是绝对的背景，而是相互关联、依赖于观测者运动状态的统一体——时空。 随后，本书深入广义相对论的领域。我们将探讨等效原理如何自然地导向引力的几何化解释。本书详细阐述了弯曲时空的数学描述，并清晰地解释了引力场方程的物理含义——物质告诉时空如何弯曲，弯曲的时空告诉物质如何运动。通过对水星近日点进动、引力红移和引力透镜效应的讨论，读者将全面理解现代宇宙学的基石。本书旨在揭示，我们所经验的现实，在宏观尺度上，是时空几何本身的展现。 观念物理5：量子力学——微观世界的概率图景 本书是观念物理系列的收官之作（暂定），探讨了描述微观世界的基本理论——量子力学。本卷力求在避免复杂数学推导的前提下，深刻揭示量子力学的核心概念及其带来的深刻哲学困境。 内容始于对经典物理学在微观尺度下失效的描述，随后系统介绍波粒二象性、德布罗意波、以及海森堡不确定性原理。我们重点剖析了波函数（$Psi$）的物理意义，以及薛定谔方程作为描述系统时间演化的基本规律。本书对量子力学的概率解释——哥本哈根诠释进行了详尽的阐述，包括叠加态、测量问题、波函数坍缩等核心议题。 更进一步，我们探讨了量子力学中最具争议性的方面，如EPR佯谬、定域隐变量理论的探索，以及贝尔不等式的实验验证。书中详细对比了不同的诠释路径（如多世界诠释、隐变量理论），力图展现物理学家们在理解“实在”本质时所面临的巨大挑战。本书旨在教会读者，在微观层面，确定性让位于概率，观测者的角色被提升到了前所未有的高度，从而理解现代物理学最迷人也最难以捉摸的一面。 观念物理系列总结： 观念物理系列丛书的宗旨在于，将物理学的核心理论置于思想史的脉络中进行审视。它不仅仅传授知识，更重要的是引导读者去理解科学革命的动力、概念的演变路径，以及物理学观念如何塑造了人类理解自然和自身的范式。本系列旨在培养读者对物理学深层逻辑和哲学意蕴的敏感性，而非仅仅停留在公式的应用层面。

作者简介

休伊特(Paul G. Hewitt)
    
　　高中时梦想当个拳击手，毕业后开始学漫画，后来从事画户外广告招牌的工作。27岁才决定回到学校，在麻州罗尔技术学院就读物理系，是班上年纪最大的学生。1964年，取得犹他州立大学科学教育与物理双主修的硕士学位，便到旧金山城市学院开始教学生涯，直到1999年退休。
    
　　1982年，休伊特获得美国物理教师学会颁发的密立根讲座奖。获奖原因是由于他在物理教学专业上的投入，发展出许多有趣而令人激赏的教学示范，以及阐释观念的方式，让很多原本不可能喜爱物理的学生，对物理产生兴趣。
    
　　休伊特认为：教学不仅仅是工作，也不仅仅是专业，而是一种对待生命与生活的态度；因此对于当老师的人来说，尽力把教学工作做好，是非常重要的一件事。因为，不论学生有多大的热情，老师都有能力把它浇熄；但老师同样也有能力去激发学生，让他们发挥出最大的潜能。休伊特相信：学物理应该是很有趣的，虽然也许要相当用功，但一定是有趣的事。《观念物理》这套书正是他这个信仰底下的产物之一。

译者简介

师明睿
    
　　1940年生于四川成都，九岁时随父母来台。省立新竹中学及国立台湾大学化学系毕业，赴美进修后，获得普度大学（Purdue University）生物化学博士学位。毕业后去加拿大定居，一度担任赛门佛瑞哲大学（Simon Fraser University）生物系讲师。随后弃笔务农，致力于推广洋菇产业。
    
　　1992年回国之后，先后在卫生署预防医学研究所、中研院生医所及生农所筹备处、疾病管制局从事研究，参与台湾疫苗政策评估规划、日本脑炎新款疫苗研发，以及中草药金线莲药理之动物研究。
   
　　暇时尝从事自由翻译工作。译作有《费曼的6堂Easy物理课》、《费曼的6堂Easy相对论》、《观念物理3：物质三态‧热学》、《夸克仙踪》、《微积分之屠龙宝刀》、《微积分之倚天宝剑》、《看漫画，学遗传》、《复制人的迷思》、《费曼的主张》、《万物简史I～IV》、《费曼物理学讲义I》（第1～3册）、《费曼物理学诀窍》、《有机化学天堂祕笈》（皆为天下文化出版）。
 

第二部　物质的性质
第17章　物质的原子本质
17.1　元素
17.2　原子可回收再利用
17.3　原子可真小
17.4　原子的证据
17.5　分子
17.6　化合物
17.7　原子核
17.8　原子中的电子
17.9　物质的相
 
第18章　固体
18.1　晶体结构
18.2　密度
18.3　弹性
18.4　压缩力与张力
18.5　定标
 
第19章　液体
19.1　液压
19.2　浮力
19.3　阿基米德原理
19.4　它是沈，还是浮？
19.5　漂浮
19.6　巴斯卡原理
 
第20章　气体
20.1　大气
20.2　大气压
20.3　简单气压计
20.4　无液气压计
20.5　波以耳定律
20.6　空气的浮力
20.7　白努利原理
20.8　白努利原理的实际应用
 
第三部　热
第21章　温度、热和膨胀
21.1　温度
21.2　热
21.3　热平衡
21.4　内能
21.5　热的测量
21.6　比热容量
21.7　水的高比热容量
21.8　热膨胀
21.9　水的膨胀
 
第22章　热传递
22.1　传导
22.2　对流
22.3　辐射
22.4　辐射能之吸收
22.5　辐射能之发射
22.6　牛顿的冷却定律
22.7　全球增温与温室效应
 
第23章　相的变化
23.1　蒸发
23.2　凝结
23.3　蒸发跟凝结速率
23.4　沸腾
23.5　凝固
23.6　同时发生的沸腾与凝固
23.7　复冰现象
23.8　能量与相的变化
 
第24章　热力学
24.1　绝对零度
24.2　热力学第一定律
24.3　绝热过程
24.4　热力学第二定律
24.5　热机及第二定律
24.6　秩序势必趋向混乱
 24.7　熵

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，这本书给我带来了相当大的挑战，但也是一次极富成就感的阅读体验。我曾经对热力学的一些概念感到模糊和抽象，比如熵增定律，总觉得它离我们的生活很遥远，也难以捉摸。然而，在“热学”这一部分，作者通过对各种具体实例的分析，比如热机的效率、热传导的原理，甚至生活中的冰箱工作原理，将这些抽象的概念变得具体可感。我尤其印象深刻的是关于卡诺循环的论述，作者没有仅仅停留在公式推导上，而是花了大量篇幅去解释这个理论模型为何如此重要，以及它对我们理解能量转化效率的极限有什么意义。这种“由浅入深”的讲解方式，让我能够循序渐进地掌握复杂的概念。虽然有些地方需要反复阅读，甚至查阅一些辅助资料，但每一次的“顿悟”都让我感到由衷的喜悦。这不再是枯燥的应试教育，而是真正意义上的知识探索，它让我体会到了科学的严谨与美丽。我感觉自己对能量、对效率、对世界运行的根本规律都有了更深刻的认识。

评分☆☆☆☆☆

这是一本让我重新审视“常识”的书。我一直以为，对于热学，我们生活中遇到的现象就已经足够说明一切了。但这本书让我意识到，很多我们习以为常的现象背后，隐藏着深刻而复杂的物理原理。作者在讲解“热量传递”时，没有仅仅停留在“传导、对流、辐射”这三个基本概念上，而是深入到不同介质中热量传递的微观机制，以及这些机制如何影响我们生活中的方方面面。比如，作者在解释为什么冬天穿多层衣服比穿一件厚衣服更暖和时，从热传导和空气绝缘的原理进行了细致的分析，这让我对“保暖”有了全新的认识。虽然有些章节的推导过程让我感到吃力，但我不得不佩服作者将如此复杂的理论，以一种相对易于理解的方式呈现出来。这本书让我明白，科学并非遥不可及，它就蕴藏在我们生活的点滴细节之中，只是需要我们用心去发现，用知识去解读。

评分☆☆☆☆☆

这本书实在是太……太烧脑了！我本来以为自己对物理学，特别是热力学方面，多少有些了解，看完之后才发现，原来我一直以来都是在“浅尝辄止”，甚至可以说是“盲人摸象”。作者在“物质三态”这个章节的处理就让我大开眼界，那种对分子间作用力、能量分布的细致入微的描绘，让我重新审视了水滴、冰块和蒸汽之间的关系。不是简单地告诉我们“固态、液态、气态”，而是深入到微观世界，用清晰的逻辑和生动的比喻，一步步揭示了这些状态转换背后蕴含的深刻物理原理。我最喜欢的部分是关于相变图的讲解，那简直是一幅艺术品，用最简洁的图形承载了最复杂的信息。我反复翻阅，试图理解每一个点、每一条线所代表的意义，以及它们在不同压力和温度下的变化。这种体验，就像是解锁了一个隐藏的宇宙，让我对日常生活中习以为常的现象产生了全新的敬畏感。我甚至开始思考，是不是我们身边还有很多类似的“隐藏的物理学”，等着我们去发现和理解。这本书不仅仅是知识的传授，更是一种思维方式的启迪，它鼓励我去质疑、去探索，去用更严谨、更深邃的目光看待这个世界。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，更像是一场智力探险，充满惊喜与挑战。我对“物质三态”的理解，在阅读完相关章节后，发生了翻天覆地的变化。我过去只知道固、液、气，但作者通过对物质内部微观粒子行为的细致描述，让我看到了这三种状态之间微妙而又深刻的联系。尤其是对“临界点”和“超临界流体”的讲解，简直是打开了新世界的大门！我从来没有想过，原来在某个特定的温度和压力下，液态和气态的界限会变得模糊，甚至消失。作者用清晰的逻辑和生动的比喻，将这些复杂而抽象的概念呈现在我眼前，让我仿佛亲眼见证了物质的奇妙变幻。虽然有些地方需要反复咀嚼，甚至需要暂停下来思考，但我从中获得的知识和乐趣是无可比拟的。我感觉自己不再是被动地接受信息，而是主动地参与到对物理世界的探索之中。

评分☆☆☆☆☆

怎么说呢，这本书的深度让我感到有点“望而却步”，但又欲罢不能。作者的写作风格非常……“硬核”，充满了严谨的科学术语和详尽的数学推导。如果你期待的是一本轻松易懂的科普读物，那这本书可能不太适合。但是，如果你和我一样，渴望深入了解物质在不同状态下的行为，以及热力学定律是如何支配这些现象的，那么这本书绝对是你的不二之选。我花了很多时间去理解书中关于分子动理论的阐述，它将宏观的温度、压强、体积等概念，与微观分子的运动联系起来，这种思维的跳跃非常精彩。让我印象深刻的是，作者在解释气体压强的时候，不仅仅是从碰撞的角度，还引入了动量守恒的视角，这让我对压强的本质有了更全面的认识。虽然有些数学公式看得我头疼，但作者总能用恰到好处的类比来帮助我理解。这本书需要你投入大量的时间和精力，甚至需要一定的物理学基础，但一旦你克服了初期的困难，你将会收获一个全新的物理学视角。