- •Молекулярная физика и термодинамика
- •1 Основные понятия и определения. Уравнение состояния идеального газа
- •1.1 Предмет и метод молекулярной физики и термодинамики Статистические и термодинамические методы исследования
- •1.2 Термодинамические системы. Термодинамические параметры и процессы
- •1.3. Температура
- •1.4 Уравнение состояния идеального газа
- •2 Первый закон термодинамики
- •2.1 Внутренняя энергия системы
- •2.2 Работа и теплота
- •2.3 Первый закон термодинамики
- •2.4 Работа при расширении или сжатии газа
- •2.5 Теплоемкость идеального газа
- •2.6 Изопроцессы идеального газа
- •Изохорный процесс, .
- •Изобарный процесс, .
- •Адиабатный процесс, .
- •Политропный процесс
- •3. Статистическая физика
- •3.1 Вероятность и средние значения величин
- •Характер теплового движения молекул
- •3.3 Число ударов молекул о стенку
- •3.4 Давление газа на стенку сосуда
- •3.5 Средняя энергия молекул
- •Внутренняя энергия и теплоемкость идеальных газов
- •3.7 Барометрическая формула
- •3.8 Распределение Больцмана
- •3.9 Функция распределения
- •3.1 Распределение Максвелла
- •3.11 Средние скорости молекул
- •4 Второй закон термодинамики
- •4.1 Обратимые и необратимые процессы
- •4.2 Круговые процессы.
- •4.3 Цикл Карно, теорема Карно, обратный цикл Карно
- •4.4 Энтропия
- •4.5 Принцип возрастания энтропии
- •4.6 Второй закон термодинамики
- •4.7 Статистический смысл II начала термодинамики
- •4.8 Энтропия и вероятность
4.1 Обратимые и необратимые процессы
Для расширения представлений о термод. процессах введем понятие обратимого процесса – термод. процесс, совершаемый системой наз. обратимым, если после него можно возвратить сист. и все тела., взаимодействующие с ней, в их начальн. сост. таким обр., чтобы в других телах не возникало каких-либо остаточных изм.
Необходимое условие обратимости терм. процесса – его равновесность, т.е. всякий обрат. процесс всегда явл. равновесным (квазистат). Однако не всякий равновесный процесс явл. обратимым. Напр., квазистат. процесс равномерного движ. по поверхности под действ. силы тяж. и тр. – процесс необратимый.
Пр. обратимого процесса – незатих. колеб. тела в вак., подвеш. на пружине. Система тело-пружина консервативна. Ее мех. колеб. не вызывают никаких измен. в энергии тепл. движ. чистиц сист. изм. состояния сист. связано с измен. ее конфигурации и скор. движ., кот. полностью повторяются через Т.
Пример необрат. процесса – торможение тела под дейст. силы тр. Если сила тр. единственная сила, то скор. тела уменьш и оно останавл. При этом энергия мех движ. тела, как целого уменьш. и расходуется на увел. энергии тепл. движ. частиц тела и среды. Другими словами, за счет нач. кинет. эн. тела (Wк) вырастает внутр эн U тела и среды, нагревающихся при трении ΔU = Wк. Этот прямой процесс протекает самопроизвольно, он идет без каких либо процессов, происх. с окруж. телами. Но для осуществл. обратного проц. возвращ. сист. в исх. сост., необх., чтобы остановившееся тело вновь пришло в движ. за счет энергии, выделившейся при его охлаждении и охлажд. окруж. среды. Известно, что хаотическое движ. тела т.е. U не может самопроизвольно привести к упрощенному движ. всех частиц тела, как целого. Для реализации такого движ. необходим дополнительный, так наз. компенсирующий процесс. Он заключается в охлаждении тела и окр. среды до первонач. Т, т.е. в отдаче ими некоторому др. телу теплоты Q = Wк и в совершении над рассм. телом работы, равной Wк. Поэтому, хотя в результате прямого и обр. проц. система тело-среда возвр. в исход. сост., состояние внешних тел изменяется. (меняется Т, затем соверш. работа, т.е. меняются корд.). След-но, процессы сопровождающ. трением необратимы.
Процесс теплообмена между двумя телами с разной Т приводит к выравниванию средних энергий тепл. движ. частиц обоих тел. Энергия частиц более нагр. тела уменьш., менее нагретого – увел. В итоге Т1 = Т2. Процесс идет самопроизв., как только обеспечен контакт между телами. Обратный процесс – нагревание одного тела за счет охлаждения другого, имевшего вначале Т1 = Т2, самопризв не протекает. Для него используется холодильное устройство, работа которого приводит к изм. сост. других внешних тел. Значит процесс теплообм. при конечной ΔТ явл. необр. Можно показать, что необр. явл. проц. диффуз. и растворен.
Из всех этих прим. необр. процессов можно сделать общие выводы: Все они в прямом напр. происходят самопроизв., а для осуществл. обр. проц. требуется одновременное протекание компенс. процессов. Все реальные проц. идут с конечной скор. и сопровождаются трением и теплообменом при конечной разности тепл. тел, находящихся в тепл. контакте, значит все реальные проц., стрго говоря, необратимы. Однако в некот. случаях условия протекания пр. таковы, что их приближенно можно считать обратимыми.