Элементы молекулярно-кинетической теории. Основные представления и понятия

В основе молекулярно-кинетической теории (МКТ) вещества лежат представления о хаотичном характере движения и взаимодействий молекул вещества.

Взаимодействия между молекулами по своей природе являются электрическими.

Общим свойством молекулярных сил является короткодействие; они спадают до нуля на расстояниях нескольких . При сближении молекул силы притяжения переходят в силы отталкивания. Таким характером взаимодействия между молекулами определяется существование трёх агрегатных состояний вещества в форме газа, жидкости и твёрдого тела.

Основными понятиями молекулярной физики и термодинамики являются:

• термодинамическая система (ТДС),

• термодинамическое состояние,

• термодинамический процесс.

Под ТДС понимается совокупность макротел, между которыми возможен теплообмен. Тела, не входящие в систему, называются внешними.

ТДС называется изолированной, если она не взаимодействует с внешними телами. Понятие «изолированная» система – физическая абстракция.

Свойства макросистемы в целом описываются совокупностью макроскопических физических величин, которые называются термодинамическими параметрами.

Различают внешние параметры, определяемые положением и свойствами внешних тел и полей (объём системы , напряжённость электрического поля и т.д.), и внутренние параметры, определяемые движением и взаимодействием структурных частиц системы (давление внутри системы P, поляризация среды и т.д.).

Каждой совокупности термодинамических параметров соответствует определенное макросостояние системы.

Существует минимальное число параметров, которые однозначно описывают состояние системы. Так, для идеального газа массой m достаточно ввести два параметра – давление и объём. Другие параметры (температура, плотность, … ) будут функциями давления и объёма.

Параметры, не зависящие от способа перевода системы в рассматриваемое состояние, называются функциями состояния, например, внутренняя энергия системы.

Состояние системы называется стационарным, если параметры системы не изменяются с течением времени.

Стационарное состояние системы может быть неравновесным, если неизменность параметров поддерживается каким-либо внешним воздействием и равновесным, если неизменность параметров поддерживается в системе самопроизвольно.

Опыт показывает, что изолированная ТДС независимо от своего начального состояния в конечном итоге переходит в состояние, которое в дальнейшем не изменяется. Это состояние называется состоянием термодинамического равновесия.

Этот опытный факт не имеет исключений и называется законом макроскопической необратимости.

Процесс перехода системы из неравновесного состояния в равновесное называется процессом релаксации, а время перехода называется временем релаксации.

Параметры, характеризующие термодинамическое равновесие системы, не являются независимыми. Закон, выражающий зависимость между параметрами ТДС в условиях равновесия, называется уравнением состояния. Например, для идеального газа это уравнение Клапейрона-Менделеева.

Процесс перехода ТДС из одного состояния равновесия в другое, связанное с изменением хотя бы одного параметра, называется термодинамическим процессом.

Подходящим воздействием систему можно вернуть в первоначальное состояние. Второй процесс по отношению к первому (прямому) называют обратным. Прямой и обратный процесс вместе называют круговым.

Термодинамический процесс называется равновесным, если любое промежуточное состояние системы является равновесным. Понятие «равновесный процесс» - физическая абстракция. Реальные процессы в макросистемах можно приближённо считать равновесными при выполнении некоторых условий.

Введенными понятиями и определениями не исчерпываются термодинамические понятия. Новые понятия мы будем вводить по мере необходимости.