George C. King (UK University of Manchester)

Physics of Matter

• Broschiertes Buch

Produktbeschreibung

Einführungswerk im Grundlagenkurs über die Natur der Materie mit stärkerem Fokus auf physikalische Prozesse als auf mathematische Beschreibungen

Physics of Matter ist ein Einführungslehrwerk in die Natur der Materie mit einer Beschreibung der Kräfte, die die Atome von Gasen, Flüssigkeiten, Flüssigkristallen und Festkörpern zusammenhalten, und der thermischen Bewegung der Atome. Auch das Verhältnis zwischen diesen Materiephasen und Wärme sowie die Grundsätze der Thermodynamik werden erläutert.

In Physics of Matter werden Materialien in einem einzigartigen Umfang beschrieben, wobei auch Themen wie Graphene und Flüssigkristalle abgedeckt werden, die in letzter Zeit an Bedeutung gewonnen haben. Die dargestellten Inhalte werden durch eine Reihe von Arbeitsbeispielen im Text veranschaulicht. Jedes Kapitel endet mit Fragestellungen und Lösungen, die von einfachen Übungen bis zu anspruchsvollen Problemen reichen.

Es wurde besonders auf eine klare Darstellung und verständliche Erklärungen geachtet und die Physik stärker in den Fokus gerückt als die Mathematik, da gemäß den Autoren die allgemeinen physikalischen Grundsätze einen breiteren Anwendungsbereich haben.

Das Werk wird in der Reihe Manchester Physics Series veröffentlicht, die dafür bekannt ist, umfangreiche Erkenntnisse, tiefgehende Informationen und häufig auch detaillierte Darstellungen zu bieten, die in anderen Lehrwerken nicht zu finden sind. Physics of Matter befasst sich u.a. mit den folgenden Themen:
_ Merkmale von Atomen (Größe und Masse) und die Avogadro-Konstante, die Kräfte, die Atome und Moleküle zusammenhalten, und das Lennard-Jones-Potential
_ Thermische Energie, Temperatur und das Stefan-Boltzmann-Gesetz mit Zustandsgleichungen, der idealen Gasgleichung und der Gleichverteilung von Energie
_ Kinetische Theorie und Transporteigenschaften von Gasen mit molekularen Kollisionen, dem Druck eines idealen Gases, der mittleren freien Weglänge und Diffusion
_ Echte Gase mit der Van-der-Waals-Gleichung, Virialgleichungen, kritischen Konstanten und Wärmekapazitäten
_ Reversible Prozesse, Entropie, der Carnot-Kreisprozess, die thermodynamische Grundbeziehung und die freie Gibbs-Energie
_ Festkörper mit Kristallstruktur, Elastizitätsmoduln und dem Einstein-Modell der Wärmekapazität
_ Flüssigkeiten mit Strömung und Bernoulli-Gleichung

Produktdetails

• Manchester Physics Series
• Verlag: Wiley / Wiley & Sons
• Artikelnr. des Verlages: 1W119468580
• 1. Auflage
• Seitenzahl: 464
• Erscheinungstermin: 1. September 2023
• Englisch
• Abmessung: 188mm x 236mm x 26mm
• Gewicht: 886g
• ISBN-13: 9781119468585
• ISBN-10: 1119468582
• Artikelnr.: 63325781

Autorenporträt

George C. King is Emeritus Professor of Physics in the School of Physics & Astronomy at the University of Manchester and Fellow of the Institute of Physics. His research interests are the study of atoms and molecules using synchrotron radiation and electron impact excitation, and he is the author of over 200 published papers describing these studies. He has over 40 years teaching experience that includes lecturing a wide range of undergraduate and postgraduate courses.

Inhaltsangabe

Editors' preface to the Manchester Physics Series xv

Author's preface xvii

1 Atoms, the constituents of matter 1

1.1 The mass of an atom 1

1.1.1 Atomic masses 4

1.2 The size of an atom 6

1.2.1 Scanning probe microscopy 7

1.3 Atomic structure 11

1.3.1 The Bohr model of the hydrogen atom 12

1.3.2 The Schrodinger equation 17

1.3.3 The Schrodinger equation and the hydrogen atom 25

1.3.4 Multi-electron atoms 36

Problems 1 41

2 The forces that bind atoms together 43

2.1 General characteristics of interatomic forces 43

2.1.1 The range of a force 44

2.1.2 Repulsive and attractive forces 44

2.1.3 Oscillations about the equilibrium separation 46

2.2 Interatomic potential energy 47

2.2.1 The Lennard-Jones 6-12 potential 48

2.3 Types of interatomic bonding 51

2.3.1 van der Waals bonding 51

2.3.2 Repulsive forces between atoms 54

2.3.3 Binding energy and latent heat 54

2.3.4 Ionic bonding 55

2.3.5 The Madelung constant and the Lattice energy 56

2.3.6 Covalent bonding 59

2.3.7 Vibrational motion of a diatomic molecule 61

2.3.8 Metallic bonding 64

2.4 Why gases, liquids, and solids 65

Problems 2 67

3 Thermal energy of atoms and molecules 69

3.1 Temperature and the translational kinetic energy of a molecule 69

3.1.1 The ideal gas equation 71

3.2 Probability distributions and mean values 72

3.2.1 The normal or Gaussian distribution 78

3.3 The Maxwell-Boltzmann speed distribution 80

3.3.1 The kinetic energy distribution 84

3.4 Boltzmann's law 86

3.4.1 General form of Boltzmann's law 86

3.4.2 The probability distribution for a single component of molecular velocity 87

3.4.3 Doppler broadening of spectral lines 89

3.5 The isothermal atmosphere 91

3.5.1 Potential energy distribution of the molecules 92

3.5.2 Velocity distribution of the molecules 94

3.6 Derivation of the Maxwell-Boltzmann speed distribution 96

3.6.1 Two-dimensional gas 96

3.6.2 Three-dimensional gas 99

3.7 Equipartition of energy 100

3.7.1 Rotational motion of a diatomic molecule 100

3.7.2 Vibrational motion of a diatomic molecule 102

3.7.3 The equipartition theorem applied to macroscopic bodies 104

3.8 Specific heats of gases 106

3.8.1 C V , Specific Heat of One Mole of An Ideal Gas at Constant Volume 107

3.8.2 c P , specific heat of one mole of an ideal gas at constant pressure 108

3.8.3 Ratio of specific heats gamma 108

3.8.4 The breakdown of the classical theory 108

3.8.5 Boltzmann's law and discrete energy levels 110

Problems 3 112

4 Kinetic theory of gases: transport processes 117

4.1 Kinetic theory of gases 117

4.2 Molecular collisions and the mean free path 118

4.3 The distribution of free paths 122

4.4 Diffusion 125

4.4.1 Fink's law of diffusion 125

4.4.2 Taylor's theorem 128

4.4.3 The diffusion equation 128

4.4.4 The kinetic theory of diffusion 132

4.5 Thermal conduction 134

4.5.1 Predictions for the thermal conductivity 136

4.5.2 The heat equation 137

4.6 Viscosity 140

4.6.1 Predictions for the coefficient of viscosity 142

4.7 Comparison of transport properties 142

4.7.1 Estimation of Avogadro's number 143

4.8 Eff