Modern Thermodynamics

این کتاب درسی ترمودینامیک را با رویکردی مدرن معرفی می‌کند و از چهار واقعیت فیزیکی اساسی (ماهیت اتمی ماده، غیرقابل تشخیص بودن اتم‌ها و مولکول‌های یک گونه، اصل عدم قطعیت و وجود حالت‌های تعادل) شروع می‌شود. و تجزیه و تحلیل رفتار سیستم های پیچیده با ابزارهای تئوری اطلاعات، به ویژه با اندازه گیری اطلاعات شانون (یا SMI)، که می تواند بر روی هر توزیع احتمالی تعریف شود. SMI تعریف شده و خواص و تکامل زمانی آن نشان داده شده است، و نشان داده شده است که آنتروپی نوع خاصی از SMI است، یعنی SMI مربوط به توزیع فاز-فضای یک سیستم ماکروسکوپی در حالت تعادل است. اتصال به SMI به خواننده اجازه می دهد تا بفهمد آنتروپی چیست و چرا سیستم های ایزوله از قانون دوم ترمودینامیک پیروی می کنند. قانون دوم همچنین برای سیستم های دیگر فرموله شده است، از نظر حرارتی ایزوله نیست و حتی در رابطه با انتقال ذرات باز است. تمام جنبه های اساسی ترمودینامیک با چندین مثال در قسمت اول کتاب استخراج و نشان داده شده است. بخش دوم به کاربردهای مهم ترمودینامیک، پوشش انتقال فاز، مخلوط‌ها و محلول‌ها (از جمله رویکرد کرک‌وود-باف و ترمودینامیک حل‌پذیری)، تعادل شیمیایی، و خواص برجسته آب می‌پردازد.

span>این کتاب درسی از دو جنبه بی نظیر است. ابتدا، ترمودینامیک با یک رویکرد جدید، بر اساس تئوری اطلاعات اعمال شده در سیستم‌های ماکروسکوپی در حالت تعادل، معرفی می‌شود. نشان داده شده است که آنتروپی یک مورد خاص از اندازه گیری اطلاعات شانون (SMI) است، و خواص و تکامل زمانی SMI برای توضیح قانون دوم ترمودینامیک استفاده می شود. این نشان‌دهنده یک پیشرفت واقعی است، زیرا ترمودینامیک کلاسیک نمی‌تواند آنتروپی را توضیح دهد، و روشن نمی‌کند که چرا سیستم‌ها باید از قانون دوم پیروی کنند. دوم، این کتاب درسی به خواننده این امکان را می دهد که با کاربردهای مهم و پیشرفته ترمودینامیک در ارتباط باشد تا به موضوعات مورد بحث در قسمت دوم کتاب بپردازد. اگرچه ممکن است فراتر از محتوای یک درس مقدماتی معمولی ترمودینامیک باشد، برخی از آنها می توانند در برنامه درسی انتخاب شده توسط دانش آموز مهم باشند. در عین حال، آنها مورد توجه دانشمندان پیشرفته تر هستند.

This textbook introduces thermodynamics with a modern approach, starting from four fundamental physical facts (the atomic nature of matter, the indistinguishability of atoms and molecules of the same species, the uncertainty principle, and the existence of equilibrium states) and analyzing the behavior of complex systems with the tools of information theory, in particular with Shannon's measure of information (or SMI), which can be defined on any probability distribution. SMI is defined and its properties and time evolution are illustrated, and it is shown that the entropy is a particular type of SMI, i.e. the SMI related to the phase-space distribution for a macroscopic system at equilibrium. The connection to SMI allows the reader to understand what entropy is and why isolated systems follow the Second Law of Thermodynamics. The Second Llaw is also formulated for other systems, not thermally isolated and even open with respect to the transfer of particles. All the fundamental aspects of thermodynamics are derived and illustrated with several examples in the first part of the book. The second part addresses important applications of thermodynamics, covering phase transitions, mixtures and solutions (including the Kirkwood-Buff approach and solvation thermodynamics), chemical equilibrium, and the outstanding properties of water.

This textbook is unique in two aspects. First, thermodynamics is introduced with a novel approach, based on information theory applied to macroscopic systems at equilibrium. It is shown that entropy is a particular case of Shannon's measure of information (SMI), and the properties and time evolution of the SMI are used to explain the Second Law of Thermodynamics. This represents a real breakthrough, as classical thermodynamics cannot explain entropy, nor clarify why systems should obey the Second Law. Second, this textbook offers the reader the possibility to get in touch with important and advanced applications of thermodynamics, to address the topics discussed in the second part of the book. Although they may go beyond the content of a typical introductory course on thermodynamics, some of them can be important in the curriculum chosen by the student. At the same time, they are of appealing interest to more advanced scholars.