《普通高等教育材料科學(xué)與工程“十二五”規(guī)劃教材：材料物理化學(xué)》第1章介紹材料研究對(duì)象，第2、3章介紹熱力學(xué)的3個(gè)基本定律，第4章～第6章介紹了相與組分對(duì)系統(tǒng)化學(xué)勢(shì)、相平衡和化學(xué)平衡的影響，第7章～第10章分別介紹電化學(xué)、動(dòng)力學(xué)、表面與膠體化學(xué)。
書(shū)中包括大量供學(xué)生思考的問(wèn)題，安排了一定量的計(jì)算題。
《普通高等教育材料科學(xué)與工程“十二五”規(guī)劃教材：材料物理化學(xué)》可以作為高等院校材料科學(xué)與工程專業(yè)“材料物理化學(xué)”、“物理化學(xué)”、“材料熱力學(xué)”的教材或教學(xué)參考書(shū)。
學(xué)科基礎(chǔ)課的重要性是不言而喻的。材料學(xué)科的基礎(chǔ)課包括（材料）物理化學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料物理基礎(chǔ)、材料物理性能、材料力學(xué)性能、固態(tài)相變、傳輸原理、材料分析方法等，其中（材料）物理化學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料物理基礎(chǔ)（簡(jiǎn)稱“三基”）是材料學(xué)科基礎(chǔ)課群中的基礎(chǔ)，因此最為重要。如何進(jìn)一步強(qiáng)化“三基”，提升教學(xué)效果，完成它們的教育使命，既是重要的教學(xué)任務(wù)，也關(guān)乎材料學(xué)科建設(shè)，因?yàn)樵谖鞣桨l(fā)達(dá)國(guó)家，課程建設(shè)與教學(xué)改革本身就是學(xué)科建設(shè)的重要組成部分。
一、歷史回顧
為了更加清晰地了解“三基”的現(xiàn)狀，需要簡(jiǎn)要回顧它們的“形核與長(zhǎng)大”過(guò)程。從發(fā)展歷史看，材料學(xué)科源于傳統(tǒng)的金屬材料、陶瓷材料、高分子材料專業(yè)。在加強(qiáng)基礎(chǔ)、拓寬專業(yè)的教育理念下，逐步融合成為材料科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科。因此，材料學(xué)科的基礎(chǔ)課自然而然地選取了它們的“公因子”，如物理化學(xué)就是這三個(gè)專業(yè)的公共基礎(chǔ)課，而材料科學(xué)基礎(chǔ)則脫胎于經(jīng)典的金屬學(xué)，以金屬學(xué)的結(jié)構(gòu)框架為基，進(jìn)一步融合了陶瓷與高分子。至于材料物理基礎(chǔ)，則是由于現(xiàn)代材料研究以物理性能為主要訴求，故作為物理性能基礎(chǔ)的固體物理在加以改造后變?yōu)椴牧衔锢砘A(chǔ)，以彌補(bǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)僅關(guān)照材料力學(xué)性能的缺陷，從時(shí)間上看，“三基”的發(fā)展歷程都不長(zhǎng)，其中較為成熟的材料科學(xué)基礎(chǔ)，也不過(guò)十幾年，以清華大學(xué)潘金生于1998年出版的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教材為標(biāo)志；而材料物理基礎(chǔ)約為10年。至于材料物理化學(xué)，由于其內(nèi)涵相對(duì)于傳統(tǒng)的物理化學(xué)有明顯變化，會(huì)在后面專門(mén)討論。因此，“三基”都應(yīng)該算是比較“年輕”的課程，其歷史遠(yuǎn)不能與無(wú)機(jī)化學(xué)、化工原理、理論力學(xué)、機(jī)械原理、電工學(xué)、電磁場(chǎng)理論、信號(hào)與系統(tǒng)、控制理論等發(fā)展了幾十甚至上百年的工科基礎(chǔ)課相比。
……
第1章 物質(zhì)的狀態(tài)與表征
1.1 氣體
1.1.1 理想氣體
1.1.2 范德華氣體
1.2 固體
1.2.1 晶體及其結(jié)構(gòu)
1.2.2 晶體缺陷
1.2.3 非晶體
1.3 液體
1.4 凝聚態(tài)
1.5 本章評(píng)述與重要概念
1.5.1 本章評(píng)述
1.5.2 本章重要概念
第2章 熱力學(xué)第一定律
2.1 基本概念
2.1.1 系統(tǒng)與環(huán)境
2.1.2 狀態(tài)與過(guò)程
2.2 熱力學(xué)第一定律
2.2.1 內(nèi)能的物理意義
2.2.2 內(nèi)能的數(shù)學(xué)性質(zhì)
2.3 功的計(jì)算
2.3.1 功的相關(guān)概念
2.3.2 理想氣體平衡過(guò)程功的計(jì)算
2.3.3 理想氣體非平衡過(guò)程功的計(jì)算
2.3.4 非理想氣體平衡過(guò)程功的計(jì)算思路
2.4 兩個(gè)氣體實(shí)驗(yàn)
2.4.1 Joule實(shí)驗(yàn)
2.4.2 Joule-Thomson實(shí)驗(yàn)
2.5 熱容與熱的計(jì)算
2.5.1 熱容
2.5.2 熱的計(jì)算
2.6 熱力學(xué)第一定律在轉(zhuǎn)變與相變中的應(yīng)用
2.6.1 在理想氣體絕熱過(guò)程中的應(yīng)用
2.6.2 在相變中的應(yīng)用
2.7 熱化學(xué)
2.7.1 熱化學(xué)的基本概念
2.7.2 標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓的計(jì)算
2.7.3 反應(yīng)焓與溫度的關(guān)系——基希霍夫公式
2.8 本章 評(píng)述與重要概念
2.8.1 本章評(píng)述
2.8.2 本章重要概念
第3章 熱力學(xué)第二定律
3.1 熵的初步概念與熵變計(jì)算
3.1.1 熵概念的簡(jiǎn)化導(dǎo)出
3.1.2 熱力學(xué)基本定律與熵變計(jì)算
3.1.3 克勞修斯不等式與熵增原理 第1章 物質(zhì)的狀態(tài)與表征
3.2 熵的統(tǒng)計(jì)意義（初步）
3.3 熱力學(xué)第三定律
3.3.1 熱力學(xué)第三定律
3.3.2 標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵
3.3.3 標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)熵
3.4 亥姆霍茲函數(shù)和吉布斯函數(shù)
3.4.1 亥姆霍茲函數(shù)
3.4.2 吉布斯函數(shù)
3.4.3 AG的計(jì)算
3.5 熱力學(xué)基本方程和麥克斯韋關(guān)系式
3.5.1 熱力學(xué)基本方程
3.5.2 麥克斯韋關(guān)系式
3.5.3 其他熱力學(xué)關(guān)系
3.6 熵與熱力學(xué)第二定律的嚴(yán)格推演
3.6.1 卡諾循環(huán)
3.6.2 熱力學(xué)第二定律的兩種表述
3.6.3 卡諾定理
3.6.4 可逆循環(huán)的等效性與熵的導(dǎo)出
3.6.5 克勞修斯不等式與熵增原理
3.7 本章 評(píng)述與重要概念
3.7.1 本章 評(píng)述
3.7.2 本章 重要概念
第4章 化學(xué)勢(shì)
第5章 相平衡
第6章 化學(xué)平衡
第7章 電化學(xué)
第8章 化學(xué)動(dòng)力學(xué)
第9章 表面與界面
第10章 膠體化學(xué)
附錄
符號(hào)表
參考書(shū)目
后記
例2.1.2 手機(jī)勻速上升時(shí)的做功。
有一個(gè)手機(jī)從某一高度h1開(kāi)始勻速上升到h2。由于是勻速，所以手機(jī)的動(dòng)能是不變的；義因?yàn)槭莿蛩伲允謾C(jī)所受的合外力等于0，而據(jù)此又將得出外力在此過(guò)程中不對(duì)手機(jī)做功的結(jié)論。這樣一來(lái)就出現(xiàn)了矛盾：一方面是手機(jī)的勢(shì)能確實(shí)提高了；另一方面勢(shì)能的提高又與做功無(wú)關(guān)，加之動(dòng)能始終不變，矛盾自然產(chǎn)生，因?yàn)檫@似乎違反了能量守恒定律。
事實(shí)上，化解上述“矛盾”的方法在于考慮問(wèn)題的方式。在物理化學(xué)中，我們總是首先選定所需研究的對(duì)象（即系統(tǒng)），它是首要任務(wù)。特別強(qiáng)調(diào)的是，本課程的系統(tǒng)與環(huán)境，已經(jīng)是專有名詞了，不要再把它們同生活里邊的概念混為一談。系統(tǒng)到底是什么？它無(wú)非是我們選定的物質(zhì)集團(tuán)，是我們關(guān)注的東西。不難看出，系統(tǒng)既有客觀性，因?yàn)樗吘故俏镔|(zhì)集團(tuán)；又有主觀性，因?yàn)橄到y(tǒng)的選取依賴人的要求。
有了系統(tǒng)與環(huán)境的概念，就可以說(shuō)清楚上面的“矛盾”產(chǎn)生的原因。所謂能量守恒，都是針對(duì)系統(tǒng)的。對(duì)上面的問(wèn)題，系統(tǒng)應(yīng)該選取手機(jī)加上地球共同構(gòu)成的物質(zhì)集團(tuán)，而環(huán)境則是對(duì)手機(jī)做功的那只手（即將手機(jī)向上舉的手）。這樣選定之后，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，地球與手機(jī)同屬于一個(gè)系統(tǒng)，因此它們之間的相互作用是內(nèi)在作用，而根據(jù)力學(xué)原理，內(nèi)在作用對(duì)于能量守恒問(wèn)題來(lái)說(shuō)，是不予考慮的。這樣一來(lái)，所要考慮的僅僅是外力，是手提供的外力使得系統(tǒng)的勢(shì)能增加，這樣就符合能量守恒定律，即外力對(duì)系統(tǒng)做了功，使得系統(tǒng)的勢(shì)能增加，兩者的數(shù)量相等，這就是能量守恒的廣義形式。
致學(xué)生
（1）系統(tǒng)與環(huán)境一旦作為學(xué)科概念，必將具有不同于生活的新的意義。大家應(yīng)該關(guān)注系統(tǒng)、環(huán)境這類概念，它們與做題、考試看似無(wú)關(guān)，其實(shí)非常重要。要多想想為什么要提出這些概念，它們有哪些用途？這樣才能真正認(rèn)識(shí)它們。可以說(shuō)，這些概念以及背后隱藏的思想方法，對(duì)學(xué)科發(fā)展的價(jià)值，并不亞于力、功、動(dòng)能等大家很重視的東西。
（2）大家不妨試試，如果不是嚴(yán)格地界定系統(tǒng)與環(huán)境，則手機(jī)均勻上升做功這個(gè)不能再簡(jiǎn)單的問(wèn)題，也是無(wú)法解釋清楚的。真正的科學(xué)，都是建立在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)母拍铙w系之上的。
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