Начала термодинамики, связь термодинамических и статистических свойств макроскопических систем. Проанализируйте понятие "температура" с позиций этой связи.

Первый закон термодинамики можно сформулировать так:

Изменение полной энергии системы в квазистатическом Процессе равно количеству теплоты Q, сообщенного системе, в сумме с изменением энергии, связанной с количеством вещества N при химическом потенциале ц, и работы А', совершенной над системой внешними силами и полями, за вычетом работы Л, совершенной самой системой против внешних сил:

AU=Q-A + iiAN+A'.

Существуют несколько эквивалентных формулировок второго начала термодинамики:

Постулат Клаузиуса: «Невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горяче­му» (такой процесс называется процессом Кдаузиуса);

Поступят Томсона: «Невозможен круговой процесс,, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара» (такой процесс называется процессом Томсона).

Третье начало термодинамики может быть сформулировано так:

Приращение энтропии при абсолютном нуле температуры стремится к конечному пределу, не зависящему от того,: в каком равновесном состоянии находится система.

Третье начало термодинамики позволяет находить абсолютное значение энтропии, что нельзя сделать в рамках классической термодинамики. В клас­сической термодинамике энтропия может быть определена лишь с точностью до произвольной аддитивной постоянной So, что практически не мешает большинству термодинамических исследований, так как реально измеряется разность энтропии (So) в различных состояниях. Согласно третьему начал;

термодинамики, при Т>0 значение S>0

Уравнение состояния --уравнение, связывающее между собой термодинамические (макроскопические) параметры системы, такие, как температура. давление, объём! химический потенциал и др. Уравнение состояния можно написать всегда, когда можно применять термодинамическое описание явлений. Уравнение состояния системы не содержится в постулатах термодинамики и не может быть выведено из нее. Оно должно быть взято со стороны (из опыта или из модели, созданной в рамках статистической физики). Термодинамика же не рассматривает вопросы внутреннего устройства вещества.

Термодинамическая температура с молекулярно-кинетической точки зрения -™ физическая величина, характеризующая интенсивность хаотического, теплового движения всей совокупности частиц системы и пропорциональная средней; кинетической энергии поступательного движения одной частицы Связь между кинетической энергией, массой и скоростью выражается следующей формулой:

Ек=1/2m*U2

Билет 11

Понятие энтропии. Основные отличия реальных процессов от идеальных. Принцип Больцмана, связь понятий "энтропия" и "информация' Проблема обратимости.

Энтропия - новая абстрактная величина, введена Клаузисом в 1865 г. Определил понятие энтропии и показал, что в термически изолированных системах энтропия при обратимых процессах не изменяется, а при реальных и необратимых - растят всегда. Энтропия - мера отклонения реальны*, процес­сов от идеальных.

Идеальный газ - это газ, взаимодействие между молекулами которого пренебрежимо мало. Основные отличия идеального газа от реального:

частицы идеального газа - шарики очень малых размеров, практически материальные точки; между частицами отсутствуют силы межмолекулярного взаимодействия; соударения частиц абсолютно упругие.

Уравнение состояния идеального газа - уравнение Менделеева - Клапейрона PV=m/M RT

Принцип Больцмана - Больцман показал, что поскольку в основе термодинамических процессов лежат обратимые кинетические процессы, то необра­тимость в термодинамике, измеряемая энтропией, не может быть абсолютной. Поэтому и энтропия должна быть связанна с вероятностью осуществле­ния данного микросостояния. Необратимый процесс есть переход из менее вероятного состояния в более вероятное, а логарифм изменения вероятность состояния с точностью до постоянного множителя совпадает с изменением энтропии состояния. Чем выше степень беспорядка в координатах и скоро­стях частиц системы, тем больше вероятность того, что система буде в состоянии хаоса. k=R/N - постоянная Больцмана. S=klnW - энтропия, принцип Больцмана.

Информация определяется разностью между безусловной и условной энтропиями. Это уменьшение неопределенности "знания чего-то за счет того, что известно что-то". При этом замечательно, что информация I симметрична. Информация всегда неотрицательна, таким образом, безусловная энтропия -это максимальная информация, потенциально содержащаяся в системе (вариационном ряде).

Проблема обратимости. Итак, мы имеем два вывода: (1) обратимость уравнений динамики следует понимать лишь как принципиальную осуществимость обратных траекторий движения объекта (то есть со сменой знака скорости), и (2) область достоверности динамики следует ограничить лишь описанием траекторий движения объектов вне рассмотрения реальных событий, вызвавших начало и завершение движения. Эти два тезиса позволяют нам сделать заключение, что из обратимых уравнений динамики принципиально не могут быть выведены необратимые уравнения термодинамики и, в частности, закон возрастания энтропии, обосновывающий наличие стрелы времени. У динамики и термодинамики различные области достоверности и различный предмет исследований: у первой — единичные траектории, у второй — совокупность событий. Правда, следует заметить, что в рамках эво­люционной парадигмы перед нами и не стоит проблема обоснования наличия стрелы времени — в ней это положение постулируется.