01 / 導讀
導讀
引用
Çengel, Y. A., Boles, M. A., & Kanoğlu, M. (2024). Thermodynamics: An Engineering Approach (10th ed., international student edition). McGraw-Hill.
章節概要
第十版共18章。出版社稱本書對學生友好、便於自學，藉助插圖、例題和現實應用寫成，作者的理念是學習的最好方式是實踐。出版社對本版的說明補充了一些具體之處，下面記在各自涉及的章節之下。目錄給出章標題，出版社的版本說明則提供了具體資訊，兩者合起來構成以下條目的依據。
第1–2章：導論與基本概念；能量、能量傳遞與一般能量分析（Introduction and Basic Concepts; Energy, Energy Transfer, and General Energy Analysis）
開頭兩章先建立基本詞彙，再引入能量及其傳遞，作為一般能量分析的基礎。版本說明提到，2018年對千克、摩爾、安培和開爾文的重新定義已納入這兩章。
第3章：純物質的性質（Properties of Pure Substances）
純物質性質這一章排在封閉系統和控制體的能量分析之前。
第4–5章：封閉系統的能量分析；控制體的質量與能量分析（Energy Analysis of Closed Systems; Mass and Energy Analysis of Control Volumes）
第一定律先用於封閉系統，再用於控制體，質量與能量一併分析。
第6–8章：熱力學第二定律；熵；熵分析（The Second Law of Thermodynamics; Entropy; Entropy Analysis）
第二定律之後是兩章熵。據出版社介紹，第九版中篇幅很長的熵一章在本版被拆成兩章：第7章講熵的基本概念，第8章講熵的工程應用和熵平衡，以便教師更靈活地選擇講授內容。第7章刪去了用於理想氣體等熵過程的相對壓力函數和相對比體積函數，改為定義一個新的熵函數s+並列入空氣性質表；當已知比體積而非壓力時，用它可以求比熱隨溫度變化的理想氣體的熵變。
第9章：可用能（Exergy）
版本說明指出，可用能一章現用x_nonflow和x_flow表示靜止質量和流動流體的比可用能，使x、X和Ẋ與能量的e、E和Ė保持平行。本章還補充了低溫應用，例如約−160 °C的液化天然氣。能量平衡中，淨能量傳遞現在寫作Q_net,in + W_net,in，負值表示輸出。
第10–12章：燃氣動力循環；蒸汽與聯合動力循環；冷凍循環（Gas Power Cycles; Vapor and Combined Power Cycles; Refrigeration Cycles）
三章講動力與冷凍循環：燃氣動力循環、蒸汽與聯合動力循環，以及冷凍循環。
第13–15章：熱力學性質關係式；氣體混合物；氣-汽混合物與空調（Thermodynamic Property Relations; Gas Mixtures; Gas-Vapor Mixtures and Air-Conditioning）
這些章節講性質關係式、氣體混合物，以及氣體與蒸汽的混合物，包括空調。
第16–18章：化學反應；化學平衡與相平衡；可壓縮流動（Chemical Reactions; Chemical and Phase Equilibrium; Compressible Flow）
最後三章講化學反應、化學平衡與相平衡以及可壓縮流動。
核心概念
下面的解釋是對目錄和版本說明所點名概念的一般性定義。
第1–5章：基本概念、能量、性質與第一定律
- 能量分析：對熱和功的能量傳遞進行核算，用於封閉系統和控制體。
- 純物質：化學組成固定的物質，其性質被製成表格供計算使用。
- 控制體：有物質流過的一塊區域，用質量平衡與能量平衡來分析。
第6–9章：第二定律、熵與可用能
- 熱力學第二定律：限制過程方向和循環效率的定律。
- 熵與s+函數：第7章引入的性質，以及針對比熱可變的理想氣體的新函數。
- 可用能：系統相對於環境的做功能力，採用本版修訂後的符號。
第10–18章：循環、關係式、混合物、反應、平衡與可壓縮流動
- 燃氣、蒸汽與冷凍循環：用來分析發動機、發電廠和冷凍機的理想化循環。
- 氣-汽混合物：如溼空氣這樣的混合物，與空調相聯絡。
- 化學平衡與相平衡：系統不再自發變化的條件。
- 可壓縮流動：在密度變化不可忽略的速度下的氣體流動。
評析
優點
- 刻意追求易懂的風格。 出版社稱本書對學生友好、便於自學，即使對最具挑戰性的主題也易讀易懂，配有吸引人的插圖、例題和現實應用。
- 內建的自我檢測。 第十版最突出的新特點，是在多數小節末尾加入約400道選擇題「Check Your Understanding」，側重概念；涉及數值的題目不用計算器即可作答。
- 一冊之內範圍寬廣。 18章從基本概念一直講到化學與相平衡和可壓縮流動，因此一本書可以支撐入門課程和後續課程。
- 本版的變化清晰可見。 熵的內容拆為兩章、s+函數、修訂的可用能符號以及SI單位的重新定義表明，本版改動的是結構和符號，而不僅僅是習題。
侷限
- 修訂影響符號和交叉引用。 使用第九版學習指南或解答筆記的人，必須適應新的熵一章的編號、以s+取代相對壓力和相對比體積函數、改變後的可用能符號，以及新的能量平衡符號約定。
- 篇幅。 零售商的資訊顯示平裝本接近1,000頁，沒有哪門課程能用完所有章節；教師要在後面的章節中取捨。
- 沒有專門的傳熱章。 18個章標題涵蓋一般的能量傳遞，但沒有把傳熱作為專題，因此接著學傳熱的課程需要另一本教材；本課程書單中有數本。
在課程中的定位
Çengel、Boles與Kanoğlu的書是標準工程熱力學課程的主教材。Borgnakke與Sonntag的 Fundamentals of Thermodynamics 是最接近的替代選擇；其國際改編版有13章，由性質經第一、第二定律講到可用能、循環、混合物、關係式和化學反應，沒有本書那樣的平衡與可壓縮流動兩章。Moran、Shapiro、Boettner與Bailey的 Fundamentals of Engineering Thermodynamics 是另一本系統化的主教材，而Turns與Pauley的 Thermodynamics: Concepts and Applications 則是更平易、以例題為主的入門書。
Peter Atkins的 The Laws of Thermodynamics: A Very Short Introduction 可在課程之前或同時提供對四條定律的簡明概念性概覽。同一書單中偏物理的書，如Schroeder的 An Introduction to Thermal Physics，通過計數微觀狀態來定義熵，可以補充工程視角。Bejan的 Advanced Engineering Thermodynamics 是研究生層次的延伸，把可用能和熵產變成設計工具。
如何使用本書
本書面向修第一門熱力學課程的工科學生，也適合希望有一本好讀、應用例題豐富的主教材的讀者。預期的背景是微積分和基礎物理。
- 核心： 依次讀第1–9章。每節之後先用Check Your Understanding題自檢，再去做章末的計算題。
- 循環與應用： 第10–12章和第15章，適用於動力、冷凍和空調課程。
- 進階或選讀： 第13、14、16、17和18章，涵蓋性質關係式、混合物、化學反應、平衡和可壓縮流動，視教學大綱而定。
如果手中是舊版，請預期熵的各章編號以及空氣表的列會有所不同。