1.Статический и термодинамический методы исследования.

Все макроскопические системы состоят из огромного числа микрообъектов (молекул, атомов, ионов и т.д.).Например в 1 см газа, близкого по своим свойствам к идеальному, при нормальных условиях содержится порядка молекул. В конденсированных состояниях - жидком и твердом - порядка . Если считать, что движение каждой такой частицы (молекулы, атомаили иона) подчиняется второму закону Ньютона, то не может быть и речи не только о решении дифференциальных уравнений движения отдельных час­тиц вещества, но даже и о написании этих уравнений. Поэтому поведение отдельной микрочастицы тела, например, ее траектория, последователь­ность изменения ее состояний, не может быть изучено методами класси­ческой механики.

Для исследования свойств и процессов, происходящих в макроскопи­ческой системе, применяют два взаимно дополняющих друг друга метода, термодинамический и молекулярно-кинетический или статистический.

Статистический метод исходит из представлении об атомно-молекулярном строении макрообъектов. Статистический метод основан на использовании теории вероятностей и определенных моделей строения изучаемых систем.

Раздел теоретической физики, в котором физические свойства систем изучаются с помощью статистического метода, называется статистической физикой или физической статистики. В совокупном поведении большого числа частиц проявляются особые закономерности, называемые статистическими закономерностями.

Например, хотя характеристики, описывающие движение отдельной микрочастицы являются величинами случайными, предсказать которые прос­то невозможно, в совокупном поведении большого числа частиц проявляют­ся особые закономерности, называемые статистическими закономерностями. Т.е. в системе, состоящей из большого числа частиц, существуют некоторые средние значения физических величин, характеризующих всю со­вокупность частиц в целом. Так, в газе существуют средние значения скоростей теплового дви­жения молекул и их энергий. В твердом теле существует средняя энергия, приходящаяся на каждую степень свободы колебательного движения частицы и т.д.

Числом степеней свободы тела называется наименьшее число коорди­нат (число независимых координат), которые нужно задать для того, что­бы полностью определить положение тела в пространстве.

Помимо статистических закономерностей существуют динамические закономерности, описывающие движение отдельных частиц. Связь между ста­тистическими и динамическими закономерностями проявляются в том, что законы движения отдельных частиц влияют на описание свойств системы частиц, изучаемой статистическим методом.

Т.о. все свойства системы частиц обусловлены, не только индивиду­альными свойствами самих частиц, но также особенностями их совокупных движений и средними значениями динамических характеристик частиц (средние скорости, средние энергии и т.д.).

Кроме статистического метода исследования физических явлений су­ществует термодинамический метод, в котором не учитываются внутреннее строение веществ тех тел (систем), которые изучаются, и характер дви­жения отдельных частиц.

Термодинамический метод основан на изучении различных превращений энергии, происходящие в системе. Условия этих превращений и соотношения между разными видами энер­гии позволяют изучать физические свойства исследуемых систем при самых разнообразных процессах, в которых эти системы участвуют.

Раздел физики, в котором физические свойства систем изучаются с помощью термодинамического метода, называется термодинамикой (феноме­нологической термодинамикой).

Термодинамика основывается на двух, установленных опытным путем законах (началах) термодинамики, а также на тепловой теореме Нернста, или третьем начале термодинамики. Достоинством термодинамического метода является то, что его урав­нения характеризуются большой общностью и универсальностью, они приме­нимы к любой системе, для которой справедливы начала термодинамики.

Но вместе с тем этот метод не вскрывает внутренних причин изучае­мых явлений. Эти причины могут быть выявлены только при микроскопичес­ком подходе к исследованию макроскопических систем, основанном на ста­тистическом методе их описания.