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宏观上看，气体只有压强、体积和温度几个状态量；微观上看，却是大量分子永不停息的无规则运动。本册从分子动理论、布朗运动、分子力和内能出发，建立微观运动与宏观状态之间的联系，再通过气体实验定律和理想气体状态方程，研究状态变化中各物理量怎样相互制约。

热量能够传递，功也能改变系统内能，但能量转化并非任意进行。热力学第一定律落实能量守恒，热力学第二定律揭示自然过程的方向性。固体、液体、饱和汽和湿度等内容，则把这些规律放回真实物质与环境中，帮助我们分清平衡状态、过程条件以及宏观规律适用的边界。

当尺度进一步缩小，经典图像开始显出局限。原子结构、氢原子光谱和玻尔模型引出能量量子化，光电效应与波粒二象性改变我们对光和粒子的直观认识，原子核、核反应和核能则展示质量与能量的深层联系。本册由热现象走向原子与原子核，逐步搭起宏观规律和微观结构之间的桥梁。