Mere Thermodynamics

Contents......Page 6
Preface......Page 10
1.2. System......Page 16
1.4. States and State Variables......Page 17
1.6. Work......Page 18
1.7. Heat......Page 20
Problems......Page 21
2.1. Equilibrium......Page 23
2.2. Zeroth Law of Thermodynamics......Page 24
2.3. Empirical Temperature......Page 25
2.4. Traditional Temperature Scales......Page 26
2.5. Equilibrium Processes......Page 27
Problems......Page 28
3.1. Quantifying Heat......Page 29
3.2. Calorimetry......Page 30
3.3. What is Heat?......Page 32
Problems......Page 33
4.1. Count Rumford......Page 34
4.2. Joule's Experiments......Page 36
4.3. The First Law of Thermodynamics......Page 37
4.4. Thermodynamic Cycles......Page 38
4.5. Cycle Adjustment......Page 41
Problems......Page 42
5.1. Sadi Carnot......Page 45
5.2. Statements of the Second Law......Page 46
5.3. Equivalence and Inequivalence......Page 49
5.4. Reversible Heat Engines......Page 53
5.5. Refrigerators and Heat Pumps......Page 57
Problems......Page 58
6.1. Rudolph Clausius......Page 60
6.2. Thermodynamic Temperature......Page 61
6.3. Clausius's Theorem......Page 65
Problems......Page 69
7.1. The Meaning of Reversibility......Page 72
7.2. Entropy......Page 73
7.3. Entropy Generation in Irreversible Processes......Page 76
7.4. The Entropy Generator......Page 77
7.5. Entropy Corollaries......Page 79
7.6. Thermodynamic Arrow of Time......Page 83
Problems......Page 85
8.1. What Is a Fluid?......Page 88
8.2. Reversible Work......Page 90
8.3. Fundamental Constraint......Page 92
8.4. Enthalpy......Page 94
8.5. Helmholtz and Gibbs Free Energies......Page 97
8.6. Partial Derivative Rules......Page 98
8.7. Thermodynamic Coefficients......Page 101
8.8. Heat Capacities......Page 102
Problems......Page 103
9.1. The Ideal Gas......Page 109
9.2. Room-Temperature Elastic Solid......Page 113
9.3. Cavity Radiation......Page 116
Problems......Page 119
10.1. Nonfluid Variables......Page 125
10.2. The Theoretician's Rubber Band......Page 126
10.3. Paramagnetism......Page 128
10.4. Surfaces......Page 131
10.5. Chemical Potential......Page 135
10.6. Multivariate Systems......Page 140
Problems......Page 141
11.1. Mechanical and Thermal Systems......Page 144
11.2. Principle of Maximum Entropy......Page 146
11.3. Other Stability Criteria......Page 149
11.4. Intrinsic Stability of a Fluid......Page 153
Problems......Page 155
12.1. Phase Diagrams......Page 157
12.2. Van der Waals Equation of State......Page 161
12.3. Two-Phase Transition......Page 164
12.4. Maxwell Construction......Page 168
12.5. Clausius-Clapeyron Equation......Page 170
12.6. Critical Point......Page 175
Problems......Page 176
13.1. The Principle of Thomsen and Berthelot......Page 179
13.2. Entropy Change......Page 180
13.3. Unattainability......Page 182
13.4. Absolute Entropy......Page 186
Problem......Page 188
A: Physical Constants and Standard Definitions......Page 190
B: Catalog of 21 Simple Cycles......Page 191
H......Page 196
S......Page 197
V......Page 198
D: Selected Worked Problems......Page 199
E: Answers to Problems......Page 209
Annotated Bibliography......Page 214
C......Page 218
G......Page 219
O......Page 220
T......Page 221
Z......Page 222