Классификация систем. Термодинамика и статистическая физика

Вселенная рассматривается как совокупность взаимодействующих между собой систем. Системы бывают замкнутые, закрытые и открытые. Замкнутая система не обменивается с окружающей средой ни энергией, ни веществом. Закрытая обменивается энергией, но не обменивается веществом. Открытые обмениваются веществом и энергией. Процессы, происходящие в этих системах, по своему характеру делятся на обратимые и необратимые. Обратимым называется процесс, который отвечает следующим условиям:

1. Его одинаково легко можно провести в двух противоположных направлениях (колебания маятника).

2. В каждом из этих направлений система проходит через одни и те же состояния.

3. После проведения прямого и обратного процесса система и окружающие ее тела возвращаются к исходному состоянию.

Все реальные процессы необратимы. В открытых системах возможны процессы, которые удовлетворяют первым двум условиям обратимости, но не удовлетворяют третьему. Эти процессы называют квазистатическими. Их можно считать практически обратимыми в рамках открытых систем, но они необратимы для всей Вселенной в целом, например, лед весной превращается в воду за счет энергии солнечного излучения, но после замерзания зимой она не отдает высвобождающуюся при этом энергию назад Солнцу. Энергия излучается в космическое пространство в инфракрасном диапазоне и растворяется в бесконечности Вселенной.

Процессы передачи тепла являются необратимыми процессами. Их изучением занимается наука, называемая термодинамикой. Если классическая механика описывает законы движения тел под воздействием внешних сил, отвлекаясь от внутренних изменений, происходящих в механических системах, то термодинамика исследует физические процессы при различных преобразованиях тепловой энергии. Но она не анализирует внутреннее строение термодинамических систем, как это делает статистическая физика, рассматривая теплоту как беспорядочное движение огромного числа молекул. Термодинамика строится на основе фундаментальных принципов (начал), которые являются обобщением многочисленных наблюдений. Обоснование законов термодинамики, их связь с законами движения частиц, дается статистической физикой.

Понятие состояния. Равновесные и неравновесные состояния

Состояние системы – это совокупность данных, позволяющая предсказать эволюцию системы во времени. Равновесным является такое состояние изолированной системы, в которое она переходит по истечении бесконечно большого промежутка времени. Практически равновесие достигается за конечное время. Если система находится в состоянии равновесия, то в равновесии находятся и отдельные ее макроскопические части. При неизменных внешних условиях такое состояние не меняется со временем. Равновесное состояние характеризуется не- большим числом физических параметров (p, V, T). В процессе перехода из одного равновесного состояния в другое система проходит через непрерывный ряд состояний, которые не являются равновесными. Равновесный процесс, представляя собой непрерывную цепь равновесных состояний, является обратимым, его можно совершать в обратном направлении. Термодинамика дает количественное описание обратимых процессов, а для необратимых процессов устанавливает лишь неравенства и указывает направление их протекания.