Термодинамика и статистическая физика
1. Макросистема и методы ее описания. Контакты систем. Температура.
Для описания поведения макросистем были разработаны два метода: статистический и термодинамический. При статистическом методе описания используется вполне определенная модель внутреннего строения вещества, в частности модель атомно-молекулярного строения макросистем. Применяя методы статистической физики, теории вероятности, выражают физически измеряемые величины, характеризующие поведение макросистем, так называемые макропараметры, через характеристики микрочастиц, входящих в состав макросистем, так называемые микропараметры. Такой прием был использован нами при выражении температуры газа через среднюю кинетическую энергию молекул этого газа. Термодинамический метод описания не предполагает использование каких-то моделей внутреннего строения вещества. В рамках термодинамики физическое состояние тела характеризуется рядом величин, совокупность которых однозначно описывает поведение макросистемы. Число таких величин, называемых термодинамическими, зависит от сложности изучаемого тела и вида его взаимодействия с другими телами. Так, например, газ в комнате вполне можно описать четырьмя величинами: температурой Т, давлением р, объемом V, массой т. Для количественного описания необратимости тепловых процессов было введено понятие энтропии.
В основу термодинамики как научного метода описания поведения макросистем положены три принципа (три начала) термодинамики,- являющиеся обобщением громадного числа опытных фактов. Важнейшими термодинамическими явлениями являются: термодинамическое или тепловое равновесие, изменение внутренней энергии макросистем за счет совершения работы и передачи количества теплоты в процессе теплопередачи, необратимость тепловых процессов.
Термодинамическая система — совокупность макроскопических тел, которые могут взаимодействовать между собой и с др. Телами (внешней средой) — обмениваться с ними энергией и веществом.
Термодинамические системы бывают трех видов:
• Изолированные (нет обмена ни веществом, ни энергией с окружающей средой).
• Закрытые (замкнутые) (нет обмена веществом с окружающей средой).
• Открытые (есть и энерго- и массообмен с окружающей средой)
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. является макроскопическим параметром, характеризующим тепловое равновесие систем тел: все тела системы, находящиеся друг с другом в тепловом равновесии, имеют одну и ту же температуру, а другие макроскопические параметры (р, V, т) могут быть различны.
2. Тепловое равновесие. Уравнение состояния. Модель идеального газа.
Тепловое равновесие — состояние системы, при котором остаются неизменными по времени величины этой системы, такие как температура, давление, объем и энтропия в условиях изолированности от окружающей среды.
Состояние термодинамической системы, в которое она самопроизвольно приходит через достаточно большой промежуток времени в условиях изоляции от окружающей среды, называется тепловым равновесием.
Уравнения, устанавливающие зависимость между параметрами (давлением, температурой, объемом), называются уравнениями состояния.
Единственное уравнение состояния, которое продолжает широко использоваться в термодинамике, - уравнение состояния идеального газа.
Идеальным газом называется газ, приближающийся по свойствам к газу низкомолекулярного вещества, находящегося при очень низком давлении и сравнительно высокой температуре (достаточно далекой от температуры конденсации).