熱力學,一門貫穿宇宙的物理學!
熱力學難懂?不怕!
用漫畫打開物理學的大門,
不用背誦公式,從故事中理解熱力學核心概念!
🚀 無需力學基礎,輕鬆上手!
🎨 圖解+漫畫,學習更直覺!
📚 從日常到黑洞,熱力學無所不在!
熱愛物理?對物理學好奇、感興趣?那就來探索這門影響全宇宙的學問!
世界上所有肉眼可見的現象,一定都遵從熱力學原則!!從我們的日常生活,到浩瀚無垠的宇宙,熱力學都無所不在!全在這本書當中!
◎「熱力學」基礎以生活為例用漫畫的方式呈現解說!!
◎「量子力學」和「微分方程式」也一起解說!!
◎熱力學以視覺式漫畫呈現更容易理解!!
◎是初學熱力學最適合的一本書!!
力學是物理的基礎,但實際上,就算力學不拿手,也可以輕鬆吸收熱力學。因為熱力學完全沒有力學之中的慣性法則、運動方程式之類。
本書經過精心設計,就算沒有什麼力學知識的人也能輕鬆閱讀。
一開始只要輕鬆翻閱漫畫部份即可,書中的熱力學法則都寫成文字,而不是數學式,所以對一看到算式就感到恐懼的人也不必煩惱!
熱力學算是相當樸素的一門學問,但是越熟習物理學的人,就越能感受熱力學的重要。
其中一個理由,就是熱力學的成立範圍比較廣。
大多數力學與物理學的法則,僅存在於理想狀態之下,但是熱力學法則不太一樣。
世界上所有肉眼可見的現象,可以說一定都遵從熱力學原則,其實黑洞裡面也有熱力學喔!
本書要帶領各位學習物理學中的熱力學
從咖啡冷卻到黑洞輻射,熱力學的法則無所不在。你或許覺得它艱深難懂,但這本書讓學習變得簡單有趣!
本書特色:
●漫畫+圖解,概念秒懂:透過漫畫情境與生動圖示,讓熱力學變得親切易學。
●不需力學基礎:沒有運動方程式、沒有慣性法則,讓你無痛進入物理的世界。
●適合各種讀者:無論是對物理敬而遠之的新手,還是希望深入理解的高手,都能從中收穫滿滿!
●從基礎到應用:從溫度、能量到熵,再到黑洞與統計力學,全面掌握熱力學精髓。
打破熱力學的冰冷刻板印象,翻開這本書,讓知識變得有趣又好懂!
◎推薦給
.學習物理與機械工學的職業高中生和大學生
.在理工科系修熱力學學分的學生
.機械製造產業相關的銷售與業務,需要具備熱力學知識者
‧參加高普考或技師證照考試須考熱力學的人
前大同大學機械系教授 郭鴻森◎審訂
※本書原名為《世界第一簡單熱力學》,現更名為此
作者簡介:
作者簡介
原田知廣
立教大學理學院副教授、京都大學博士(理工科系)。1971年生於山形縣。1994年畢業於京都大學理學院。1996年修畢京都大學研究所理工研究系物理學第二組碩士課程。1999年修畢京都大學研究所理工研究系物理學.宇宙物理學博士後期課程。之後於京都大學理學院及早稻田大學理工學院,擔任日本學術振興協會特別研究員(PD)、倫敦大學瑪莉皇后學院博士研究助手(日本學術振興協會特別研究員)、京都大學研究所理工研究系講師(研究機關研究員)、立教大學理工學院講師,乃至現職。擅長領域為普通相對論、宇宙物理學、宇宙論。
審訂者簡介
郭鴻森
美國聖母大學機械系博士,曾任大同大學機械系主任、教務長、副校長、大同大學機械系教授。
譯者簡介
李漢庭
1979年生,畢業於國立海洋大學電機系,自學日文小成。2003年進入專利事務所開始從事翻譯工作,2006年底開始從事書本翻譯。領域從電機專利文件乃至於小常識、生活醫學、科技等等的中日對譯,樂於在工作中吸收新知識。目前嚐試將觸角延伸到特殊造型與影像創作,有各方面之作品。往後仍希望能接觸更多領域,增加知識廣度,同時磨練文筆。
章節試閱
加藤的特別講座① 關於壓力
◎話說壓力是什麼樣的力啊??
○壓力就是垂直於受力面方向,每單位面積受到的力量。如果力量相同,面積越小,壓力就越大。
力的大小
壓力= ─────
受力面積
壓力單位是N/m2(牛頓平方米)。也稱為Pa(帕斯卡)。我們將平均大氣壓定為1氣壓,一單位大氣壓等於101,325Pa。如果我們把小東西放入大氣或水中,則該物體所有表面積都會受到垂直於表面的等量壓力。這種壓力就稱為流體靜壓力。
◎喔喔……加藤謝謝!
○沒有啦……總之……其他有不懂的再問我吧。
□好!那就繼續講解吧!
加藤的特別講座② 攝氏溫度與絕對溫度
◎絕對溫度啊……好陌生的名詞。
○那我們就來說明絕對溫度吧。妳還記得剛才聽過的理想氣體嗎?
◎我沒那麼健忘啦,剛剛才學過的。
○OK。那我們就用理想氣體來當溫度計吧。
◎用理想氣體當溫度計?
○對呀。假設壓力是1大氣壓,維持固定。那溫度就與理想氣體的體積成正比。然後定義1大氣壓之下,水沸騰的溫度與結冰的溫度相差一百個刻度,就可以決定刻度大小了吧?這樣定義的溫度,就稱為理想氣體溫度計所定義的絕對溫度。
◎哦—單位好像是K(開爾文)對吧?可是這跟我們平常使用的溫度單位有什麼不一樣呢?
○絕對溫度確實跟我們的日常生活沒什麼關聯。我們平常所使用的溫度叫做攝氏溫度。而剛剛益永老師說過,熱力學用的才是絕對溫度。
當溫度成為絕對零度(0K),理想氣體的體積為零,所以絕對溫度不會低於0K。絕對溫度與攝氏溫度的刻度寬度(1度的溫度差)相同,兩者之間的關係是「絕對溫度/K=攝氏溫度/℃+273.15」。
要注意,單位跟平時用的攝氏溫度不同喔!
加藤的特別講座① 關於壓力
◎話說壓力是什麼樣的力啊??
○壓力就是垂直於受力面方向,每單位面積受到的力量。如果力量相同,面積越小,壓力就越大。
力的大小
壓力= ─────
受力面積
壓力單位是N/m2(牛頓平方米)。也稱為Pa(帕斯卡)。我們將平均大氣壓定為1氣壓,一單位大氣壓等於101,325Pa。如果我們把小東西放入大氣或水中,則該物體所有表面積都會受到垂直於表面的等量壓力。這種壓力就稱為流體靜壓力。
◎喔喔……加藤謝謝!
○沒有啦……總之……其他有不懂的再問我吧。
□好!那就繼續講解吧...
作者序
前言
世界第一本漫畫熱力學!?
各位讀者喜歡物理嗎?這本書就是要帶領各位學習物理學中的熱力學。或許有些翻閱本書的讀者,對物理並不擅長。
不擅長物理的人,可能對國高中的力學也相當頭大吧?力學是物理的基礎,然而實際上,就算是對力學不拿手,也可以輕鬆地學習熱力學。因為熱力學完全沒有力學之中的慣性法則、運動方程式之類。特別是本書經過精心設計,就算沒有什麼力學知識的人也能夠輕鬆閱讀。一開始只要輕鬆翻閱漫畫部分即可。而且書中的熱力學法則都寫成文字,以文章的方式呈現,而非數學式,所以對一看到算式就暈倒的人可以無負擔地翻閱本書。
另一方面,一定也有些讀者原本就很擅長物理吧。這些讀者喜歡物理的哪些部分呢?那麼對構成一切物質的基本粒子,浩瀚無垠的宇宙,解釋一切現象的量子力學,一定都很感興趣。相較之下熱力學算是相當樸素的一門學問。但是越熟習物理學的人,就越能感受熱力學的重要。其中一個理由,就是熱力學的成立範圍比較廣。大多數力學與物理學的法則,僅存在於理想狀態之下。但是熱力學法則不太一樣。世界上所有肉眼可見的現象,可以說一定都遵從熱力學原則。
如果一個懂物理的人問你「你喜歡物理的哪個部分?」請務必回答「熱力學!」對方一定會認為你是個物理學高手。
本書得以完成,要感謝Ohm株式會社開發局的全體同仁,Universal Publishing株式會社的沖元友佳小姐,以及為本書作畫的川本梨惠小姐。多謝各位鼎力相助。
原田知廣
前言
世界第一本漫畫熱力學!?
各位讀者喜歡物理嗎?這本書就是要帶領各位學習物理學中的熱力學。或許有些翻閱本書的讀者,對物理並不擅長。
不擅長物理的人,可能對國高中的力學也相當頭大吧?力學是物理的基礎,然而實際上,就算是對力學不拿手,也可以輕鬆地學習熱力學。因為熱力學完全沒有力學之中的慣性法則、運動方程式之類。特別是本書經過精心設計,就算沒有什麼力學知識的人也能夠輕鬆閱讀。一開始只要輕鬆翻閱漫畫部分即可。而且書中的熱力學法則都寫成文字,以文章的方式呈現,而非數學式,所以對一看到算式就暈倒的人可以...
目錄
序幕 珍研面臨危機! 1
第1章 溫度與狀態方程式 7
1.0 益永研究室…8
1.1 何謂溫度…11
1.2 熱平衡…16
加藤的額外講座(1) 關於壓力…21
1.3 波以耳定律…22
1.4 查理定律…24
1.5 波以耳․查理定律…26
加藤的額外講座(2) 攝氏溫度與絕對溫度…31
1.6 熱力學會用到的數學與符號…33
1.6.1 文字與符號一覽…33
1.6.2 小小數學筆記…34
1.6.3 偏微分與全微分…38
1.6.4 線積分與封閉曲線積分…41
1.7 狀態方程式…45
第1章總結…48
第2章 熱力學第一定律 49
2.0 社長出奇招…50
2.1 功與能量…52
2.2 絕熱壁…58
2.3 熱力學第一定律…61
2.4 熱是什麼?…67
加藤的額外講座(3) 附加說明…71
2.5 焦耳的實驗…72
2.6 準靜過程…75
2.7 流體靜壓力…78
2.8 比熱…79
2.9 理想氣體的自由膨脹…82
第2章總結…88
第3章 熱力學第二定律 89
3.0 追尋復原的定律…90
3.1 可逆?不可逆?…95
3.2 克勞休原理~熱力學第二定律~…100
3.3 卡諾循環…105
3.4 理想氣體的卡諾循環…113
3.5 第二類永動機…118
3.6 各種不可逆性…126
第3章總結…130
第4章 熵 131
4.0 社團的危機與瑛美的決心…132
4.1 熵是什麼?…134
4.2 熱力學上的溫度…142
加藤的額外講座(4) 有關卡諾循環的熱量比…144
4.3 循環的效率…148
4.4 克勞休不等式…150
4.5 熵…157
4.6 熵與熱力學第一定律…166
4.7 焓與自由能…168
4.8 麥斯威爾關係式…171
4.9 邁向統計力學…174
加藤的額外講座(5) 泡芙與熱力學…182
第4章總結…186
附錄 187
黑洞與熱力學…190
終幕 珍研直到永遠…194
索引…197
序幕 珍研面臨危機! 1
第1章 溫度與狀態方程式 7
1.0 益永研究室…8
1.1 何謂溫度…11
1.2 熱平衡…16
加藤的額外講座(1) 關於壓力…21
1.3 波以耳定律…22
1.4 查理定律…24
1.5 波以耳․查理定律…26
加藤的額外講座(2) 攝氏溫度與絕對溫度…31
1.6 熱力學會用到的數學與符號…33
1.6.1 文字與符號一覽…33
1.6.2 小小數學筆記…34
1.6.3 偏微分與全微分…38
1.6.4 線積分與封閉曲線積分…41
1.7 狀態方程式…45
第1章總結…48
第2章 熱力學第一定律 49
2.0 社長出奇招…50
2.1 功...