44. Термодинаміка і статистична фізика. Два методи вивчення властивостей макроскопічних систем.

Термодинаміка вивчає закономірності теплового руху у рівноважних і нерівноважних системах. Будь-який матеріальний обєкт, тіло, що складається з великого числа частинок називається макроскопічною системою.

Її розміри завжди набагато більші за розміри атомів і молекул. Макроскопічні ознаки, які характеризують таку систему і її відношення до оточуючих тіл називають макроскопічними параметрами (густина, обєм, концентрація тощо). Макроскопічні параметри є внутрішні і зовнішні.

Існує два підходи до вивчення макроскопічних систем: статистичний і термодинамічний.

Статистичний метод полягає у вивченні закономірностей теплового руху, величини числа мікрочастинок і властивостей макроскопічних систем на основі аналізу цих систем за допомогою методів математичної теорії ймовірностей.

Термодинамічний метод полягає у вивченні властивостей системи взаємодіючих тіл шляхом аналізу умов і кількісних співвідношень, що відбуваються у системі при перетвореннях енергії.

Термодинамічний метод не враховує внутрішню будову тіл і характер руху частинок, що входять до системи. Термодинаміка оперує з макроскопічними характеристиками обєктів, базуючись на кількох експериментально встановлених положеннях, які носять назву законів або начал термодинаміки.

Статистична фізика – розділ фізики, який вивчає макроскопічні властивості системи на основі молекулярно-кінетичних і атомних уявлень про структуру речовини з використанням методів математичної статистики.

Термодинамічною системою називається сукупність макроскопічних обєктів (тіл і полів), які обмінюються енергією між собою та зовнішнім середовищем. Термодинамічні системи є замкнуті і відкриті. Якщо відсутній будь-який обмін енергії між системою і зовнішнім середовищем, то система називається замкнутою. Системи складаються з різнорідних обєктів і якщо всередині системи відсутні будь-які поверхні розділу, що відділяють одну від одної макроскопічні частинки, то система називається гомогенною. Якщо складові системи різняться за своїми властивостями і складом система називається гетерогенною.

Прикладом гомогенної системи є суміш газів, рідкі і тверді речовини, а також будь-які хімічно-однорідні тіла, що перебувають в одному агрегатному стані. Прикладом гетерогенної системи є танучий лід (лід, ввода і пара), практочно всі капілярно-пористі тіла (дерева, зерно і т. д.).

Система називається однорідною, якщо її склад і фізичні властивості онакові для всіх макроскопічних частин цієї системи.

У термодинамічній системі виділяють також фазу – сукупність всіх гомогенних частин термодинамічної системи, які за відсутності зовнішніх силових полів є фізично однорідними. Під компонентами термодинамічної системи розуміють різні речовини, найменше число яких достатнє для утворення усіх фаз системи.

У термодинаміці розрізняють зовнішні і внутрішні параметри стану системи. Зовнішніми параметрами стану системи називають параметри, які залежать тільки від узагальнених координат зовнішніх тіл. Прикладами є: обєм, який залежить від положення зовнішніх тіл (стінки посудини). Внутрішні параметри системи залежать від узагальнюючих координат зовнішніх тіл і усереднених значень координат і швидкостей частинок, які утворюють систему.

До основних параметрів стану відносять тиск, обєм, температуру. Температура – фізична величина, яка характеризує ступінь нагрітості тіла. Внутрішні параметри, які є функціями зовнішніх параметрів і температури приводять до існування термічних і колоричних рівнянь, які повязують температуру Т і зовнішні параметри а_і та деякий рівноважний внутрішній параметр в_п. Тобто, .

Якщо внутрішнім параметром є внутрішня енергія , то рівняння має вигляд: і називається рівнянням енергії або колоричним рівнянням.

Якщо внутрішній параметр в_п є спряженим зовнішнім параметрам а_і, то узагальнююча сила А_і, то рівняння називається термічним рівнянням стану.

Рівняння стану із термодинамічних начал не виводяться. Вони беруться з експерименту або знаходяться методами статистичної фізики.