材料热力学导论(大卫·R.盖斯凯尔)(原著第六版)

《材料热力学导论》（原著第六版)为引进国外名校名著。书中从工程应用的角度阐释材料（冶金)热力学知识，内容表述更贴合材料和冶金专业课程内容。1～6章讲解热力学三大定律和麦克斯韦尔关系，是材料与冶金热力学的基础部分；7～10章涉及相平衡，包括一元、二元系统的气相和液相平衡，是材料与冶金相图的基础；11～15章分别涉及气相化学反应、液相反应、电化学反应以及相变热力学，讲述材料制备以及金属热处理的热力学原理。此外，每个章节都有与材料和冶金工程实际问题相关的例题和习题，对于培养学生综合分析能力大有裨益。 本书是材料、冶金、化学化工等相关专业本科生、研究生的教材，对从事相关领域研究的科技工作者也有较高的参考价值。

大卫·R.盖斯凯尔 在苏格兰格拉斯哥大学获得冶金和工业化学学士学位，在安大略省汉密尔顿市麦克马斯特大学获得博士学位。盖斯凯尔博士的第一个教职是在宾夕法尼亚大学，他从1967年到1982年在那里教授冶金和材料科学。1982年，被印第安纳州西拉斐特的普渡大学聘为教授，任教至2013年。在盖斯凯尔博士的职业生涯中，他担任加拿大国家研究委员会的客座教授（新斯科舍省哈利法克斯市大西洋区域实验室，1975—1976)，澳大利亚墨尔本大学化学工程系G.C.Williams提取冶金合作研究中心客座教授（1995)。在澳大利亚休假期间，他还在维多利亚州克莱顿的联邦科学与工业研究组织（CSIRO)担任访问科学家。盖斯凯尔博士撰写了教科书《冶金热力学导论》《材料热力学导论》和《材料工程传输现象导论》。 大卫·E.劳克林 宾夕法尼亚州匹兹堡的卡内基梅隆大学（CMU)材料科学与工程系，美国铝业公司物理冶金学特聘教授，电气和计算机工程系讲座教授。1987—2016年，担任《冶金与材料会刊》主编。毕业于宾夕法尼亚州费城德雷塞尔大学（1969年)和马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院（1973年)。矿物、金属和材料学会（TMS)的会士，美国矿业、冶金和石油工程师协会（AIME)的名誉会士，以及美国材料信息学会的会士。还因卓越的教学和研究获得了多个CMU 奖项，并被任命为TMS电子、磁性和光子材料部门的杰出科学家。在相变、物理冶金和磁性材料领域发表了400多篇技术出版物，获得了12项专利，并主编及合编了7本书，其中包括第五版《物理冶金》。 刘长友，教授 工作经历 Work Experience 2014 - 2015年，加拿大麦克马斯特大学，访问**** 2012 - 今，西北工业大学，材料学院，副教授 2009 - 2012年，西北工业大学，材料学院，讲师 1996 - 2002年，原国家电力公司西安热工研究院，化学中心，工程师 教育经历 Education Experience 2005-2009年，西北工业大学，材料学院，博士 2002-2005年，西北工业大学，材料学院，硕士 1992-1996年，武汉大学（原武汉水利电力大学），动力与机械学院（原热能动力工程系），学士 教育教学 Education And Teaching 讲授课程：《冶金原理》、《材料科学基础》和《固体缺陷化学基础（全英文）》。 科学研究 Scientific Research II-VI族化合物半导体材料的制备及性能研究工作，主要研究方向为：（1）高熔点晶体的生长与性能；（2）功能纳米材料的制备与表征。 学术成果 Academic Achievements 主持、参加了973、国家自然科学基金、教育部新教师基金、西北工业大学基金研究基金、凝固技术国家重点实验室自主课题等科研项目。在Crystal Growth Design、Journal of Crystal Growth、Materials Letters、Journal of Materials Science and Technology、无机材料学报、功能材料、人工晶体学报等国内外学术期刊上发表论文20余篇，他引60余次。

第一部分　热力学原理 1 第1章 引言和术语的定义 2 1.1 引言 2 1.2 状态的概念 3 1.3 平衡的例子 5 1.4 理想气体的状态方程 6 1.5 能量与功的单位 8 1.6 热力学广延量和强度量 8 1.7 平衡相图和热力学组分 9 1.8 热力学定律 11 1.8.1 热力学第一定律 11 1.8.2 热力学第二定律 11 1.8.3 热力学第三定律 11 1.9 小结 11 1.10 本章概念和术语 12 1.11 证明例题 13 1.12 计算例题 13 作业题 15 第2章 热力学第一定律 16 2.1 引言 16 2.2 热-功关系 16 2.3 内能与热力学第一定律 17 2.4 恒容过程 20 2.5 恒压过程和焓 20 2.6 热容 21 2.7 可逆绝热过程 25 2.8 理想气体可逆等温过程的压力或体积变化 26 2.9 其它形式的功 27 2.9.1 顺磁性材料的磁功 28 2.9.2 介电材料的电功 28 2.9.3 形成或扩展表面的功 28 2.10 小结 29 2.11 本章概念和术语 30 2.12 证明例题 31 2.13 计算例题 32 作业题 35 附录2A 关于δw 符号惯例的说明（以1摩尔理想气体为例) 37 第3章 热力学第二定律 39 3.1 引言 39 3.2 自发或自然过程 39 3.3 熵和不可逆性的量化 40 3.4 可逆过程 41 3.5 可逆过程和不可逆过程的示例 42 3.5.1 理想气体的等温可逆膨胀 42 3.5.2 理想气体的自由膨胀 43 3.6 可逆和不可逆膨胀的深层次差异 44 3.7 理想气体的等温可逆压缩 44 3.8 理想气体的绝热膨胀 45 3.9 要点总结 46 3.10 热机性质 46 3.11 热力学温标 48 3.12 热力学第二定律 50 3.13 最大功 51 3.14 熵和平衡判据 53 3.15 热力学第一定律和第二定律的综合表述 53 3.16 小结 55 3.17 本章概念和术语 56 3.18 证明例题 56 3.19 计算例题 57 作业题 61 第4章 熵的统计解释 63 4.1 引言 63 4.2 熵和原子尺度上的混乱度 63 4.3 微观状态的概念 64 4.4 微正则方法 65 4.4.1 在不同指定能量可区分位置上的等同粒子 65 4.4.2 晶体中不同类原子的构型熵 67 4.4.3 有关原子排列的磁自旋构型熵 69 4.5 玻尔兹曼分布 71 4.6 温度的影响 73 4.7 热平衡和玻尔兹曼方程 74 4.8 热流和熵产 75 4.9 小结 76 4.10 本章概念和术语 77 4.11 证明例题 78 4.12 计算例题 79 作业题 81 第5章 基础方程及其关系 82 5.1 引言 82 5.2 焓H 83 5.3 亥姆霍兹自由能A 83 5.4 吉布斯自由能G 86 5.5 封闭系统的基本方程 87 5.6 封闭系统成分的变化 88 5.7 化学势 88 5.8 热力学关系 90 5.9 麦克斯韦尔关系 91 5.10 麦克斯韦尔关系应用实例 92 5.10.1 第一TdS 方程 92 5.10.2 第二TdS 方程 94 5.10.3 S 和V 为独立变量T 和P 的函数 95 5.10.4 能量方程（内能) 96 5.10.5 另一个能量方程（焓) 96 5.10.6 磁麦克斯韦尔关系 96 5.10.7 S、V 和M 与独立变量T 、P 和H 97 5.11 另一个重要公式（循环关系式) 97 5.12 吉布斯-亥姆霍兹方程 98 5.13 小结 99 5.14 本章概念和术语 100 5.15 证明例题 101 5.16 计算例题 102 作业题 103 第6章 热容、焓、熵和热力学第三定律 106 6.1 引言 106 6.2 热容的理论计算 107 6.3 热容的经验表述 110 6.4 焓作为温度和成分的函数 112 6.5 熵对温度的依赖和热力学第三定律 117 6.5.1 热力学第三定律的发展 117 6.5.2 热力学第三定律的明显反例 119 6.6 热力学第三定律的实验验证 120 6.7 压力对焓和熵的影响 124 6.8 小结 125 6.9 本章概念和术语 126 6.10 证明例题 126 6.11 计算例题 127 作业题 132 附录6A 133 第二部分　相平衡 135 第7章 单组分系统的相平衡 136 7.1 引言 136 7.2 恒压吉布斯自由能随温度的变化 137 7.3 恒温吉布斯自由能随压力的变化 139 7.4 吉布斯自由能作为温度和压力的函数 140 7.5 气相与凝聚相的平衡 142 7.6 气相与凝聚相平衡的图形表述 144 7.7 固-固平衡 144 7.8 磁场对P-T 相图的影响 147 7.9 小结 148 7.10 本章概念和术语 149 7.11 证明例题 149 7.12 计算例题 151 作业题 153 第8章 气体的性质 156 8.1 引言 156 8.2 气体的P-V-T 关系 156 8.3 理想气体与混合理想气体的热力学性质 156 8.3.1 理想气体的混合 157 8.3.2 理想气体混合焓 159 8.3.3 理想气体混合吉布斯自由能 160 8.3.4 理想气体混合熵 161 8.4 偏离理想气体与真实气体的状态方程 161 8.5 范德瓦耳斯流体 164 8.6 非理想气体的其它状态方程 171 8.7 非理想气体的进一步热力学处理 171 8.8 小结 176 8.9 本章概念和术语 177 8.10 证明例题 178 8.11 计算例题 179 作业题 181 第9章 溶液的性质 183 9.1 引言 183 9.2 拉乌尔定律和亨利定律 183 9.3 溶液组分的热力学活度 186 9.4 吉布斯-杜亥姆方程 187 9.5 溶液的生成吉布斯自由能 188 9.5.1 溶液的摩尔吉布斯自由能和溶液组分的偏摩尔吉布斯自由能 188 9.5.2 形成溶液时吉布斯自由能的变化 189 9.5.3 切线截距法（图解法) 190 9.6 理想溶液的性质 190 9.6.1 形成理想溶液伴随的体积变化 191 9.6.2 理想溶液的形成焓 191 9.6.3 理想溶液的形成熵 192 9.7 非理想溶液 194 9.8 应用吉布斯-杜亥姆关系确定活度 196 9.8.1 亨利定律与拉乌尔定律的关系 198 9.8.2 直接计算总的摩尔混合吉布斯自由能 198 9.9 正规溶液 200 9.10 溶液的统计模型 203 9.10.1 正规溶液模型的扩展：原子序参数 206 9.10.2 考虑次近邻的相互作用 208 9.11 亚正规溶液 209 9.12 应用于聚合物的改进的正规溶液模型 210 9.13 小结 211 9.14 本章概念和术语 213 9.15 证明例题 213 9.16 计算例题 215 作业题 216 第10章 二元体系的吉布斯自由能-组成图与相图 219 10.1 引言 219 10.2 吉布斯自由能和热力学活度 219 10.3 常见二元平衡相图的定性概述 221 10.3.1 透镜图：正规溶液模型 221 10.3.2 不相等的混合焓 222 10.3.3 相图中的低温区 222 10.3.4 共晶和共晶相图 223 10.3.5 包晶和包晶相图 224 10.4 液体和固体标准状态 225 10.5 正规溶液形成吉布斯自由能 230 10.6 正规溶液相稳定判据 232 10.7 相图、吉布斯自由能和热力学活度 235 10.8 液相和固相均呈正规溶液性质的二元相图 241 10.9 小结 247 10.10 本章概念和术语 247 10.11 证明例题 248 10.12 计算例题 249 作业题 253 附录10A 255 附录10B 256 第三部分　反应和相变 259 第11章 气体的反应 260 11.1 引言 260 11.2 混合气体反应平衡和平衡常数 260 11.3 温度对平衡常数的影响 264 11.4 压力对平衡常数的影响 266 11.5 焓和熵共同影响的反应平衡 266 11.6 SO2（g)-SO3（g)-O2（g)系统的反应平衡 268 11.6.1 温度的影响 269 11.6.2 压力的影响 270 11.6.3 温度和压力变化的影响 270 11.7 H2O-H2 和CO2-CO混合物的平衡 272 11.8 小结 273 11.9 本章概念和术语 274 11.10 证明例题 275 11.11 计算例题 276 作业题 280 第12章 纯凝聚相和气相的反应 282 12.1 引言 282 12.2 纯凝聚相和气相系统的反应平衡 282 12.3 标准吉布斯自由能变化随温度的变化 286 12.4 氧势图 （埃林汉姆图、Ellingham 图) 288 12.5 相变的影响 293 12.5.1 铜氧化实例 295 12.5.2 铁氯化实例 295 12.6 碳的氧化物 297 12.6.1 2CO+O2 ????2CO2 的平衡 301 12.6.2 2H2+O2 ????2H2O 的平衡 302 12.7 金属-碳-氧系统平衡的图形表述 303 12.8 小结 306 12.9 本章概念和术语 307 12.10 证明例题 307 12.11 计算例题 308 作业题 313 附录12A 315 附录12B 315 第13章 凝聚态溶液组分参与反应的系统平衡 321 13.1 引言 321 13.2 凝聚态溶液组分参与反应的系统平衡的判据 322 13.3 可供选择的标准状态 328 13.4 吉布斯平衡相律 333 13.5 优势区域图 337 13.6 包含化合物的二元体系 346 13.7 相平衡的图形表示 353 13.7.1 Mg-Al-O系统的相平衡 353 13.7.2 碳饱和Al-C-O-N系统的相平衡 356 13.8 可变组分氧化物相的形成 359 13.9 气体在金属中的溶解度 365 13.10 含有几种溶质的稀溶液 368 13.11 小结 374 13.12 本章概念和术语 376 13.13 证明例题 377 13.14 计算例题 378 作业题 384 第14章 电化学 388 14.1 引言 388 14.2 化学驱动力和电驱动力的关系 389 14.3 浓度对电动势（EMF)的影响 392 14.4 化成电池 393 14.5 浓差电池 395 14.6 电动势（EMF)的温度系数 398 14.7 热能（热)效应 400 14.8 水溶液的热力学 401 14.9 离子的形成吉布斯自由能和标准还原电势 403 14.9.1 溶度积 408 14.9.2 酸度的影响 409 14.10 电位-pH （Pourbaix)图 410 14.10.1 铝的电位-pH （Pourbaix)图 412 14.10.2 两种溶解物之间的平衡 412 14.10.3 两种固体之间的平衡 413 14.10.4 固体与一种溶解物质的平衡 415 14.10.5 氧化铝在水溶液中的溶解度 417 14.11 小结 417 14.12 本章概念和术语 419 14.13 证明例题 420 14.14 计算例题 420 作业题 423 第15章 相变热力学 425 15.1 热力学和驱动力 425 15.1.1 组成不变的相变 425 15.1.2 组成发生变化的相变 427 15.2 T0 曲线的使用 428 15.2.1 马氏体转变 429 15.2.2 块状转变 429 15.2.3 由液体形成非晶相 430 15.3 表面能 430 15.4 形核与表面能 432 15.4.1 均匀形核 432 15.4.2 异质形核 432 15.5 毛细作用和局部平衡 433 15.6 朗道相变理论热力学 434 15.7 小结 438 15.8 本章概念和术语 439 15.9 证明例题 439 作业题 440 附录A　部分热力学与热化学数据 443 附录B　全微分方程 449 附录C　由勒让德变换导出其它热力学势 451 （术语表) 命名法 456 广延热力学性质的符号 458 部分作业题答案 459 索引 471