Physics of Matter

First year core course introductory textbook on the nature of matter that puts the physics before mathematical description

Physics of Matter is an introductory textbook on the nature of matter, based on a description of gases, liquids, liquid crystals and solids in terms of the forces that bind atoms and molecules together and their thermal motion, that discusses the relationship of these phases of matter to heat and the basic principles of thermodynamics.

Physics of Matter is unique in its coverage of material and includes topics that have become important in recent times such as graphene and liquid crystals. Material in the book is reinforced by numerous worked examples in the text and problems and solutions at the end of each chapter, the latter ranging in difficulty from simple exercises to challenging problems. The emphasis is on clarity of exposition and explanation, putting the physics before the mathematical with general physical principles that can be more widely applied being stressed.

Published in the Manchester Physics Series, which has the reputation of providing insight, depth, and often details on a subject not found in other textbooks, sample topics covered in Physics of Matter include:

• Characteristics of atoms (sizes and masses) and Avogadro’s number, the forces that bind atoms and molecules together, and the Lennard-Jones potential
• Thermal energy, temperature, and the Boltzmann law, covering equations of state, the ideal gas equation, and equipartition of energy
• Kinetic theory and transport properties of gases, covering molecular collisions, pressure of an ideal gas, the mean free path and diffusion
• Real gases, including Van der Waals equation of state, virial expansion, critical constants, and heat capacities
• Reversible processes, entropy, the Carnot cycle, the thermodynamic fundamental relationship, and Gibbs free energy
• Solids, including crystal structure, elastic moduli and Einstein’s model of heat capacity
• Liquids, including liquid flow and Bernoulli’s equation, and liquid crystals

Physics of Matter is a valuable learning resource for first- and second-year students in physics, chemistry, and engineering, as well as those in adjacent science courses including environmental and biological sciences. The book is written for the subject traditionally called “Properties of Matter.”

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