Статистический и термодинамический методы исследования.

В физике для описания тепловых явлений используют два основных метода: молекулярно-кинетический (статистический) и термодинамический. Молекулярно-кинетический метод основан на представлении о том, что все вещества состоят из молекул, находящихся в хаотическом движении. Так как число молекул огромно, то можно, применяя законы статистики, найти определённые закономерности для всего вещества в целом. Термодинамический метод исходит из основных опытных законов, получивших название законов термодинамики. Термодинамический метод подходит к изучению явлений подобно классической механике, которая базируется на опытных законах Ньютона. При таком подходе не рассматривается внутреннее строение вещества.

Термодинамические параметры.

Давление – физическая величина, равная отношению силы F, действующей на элемент поверхности нормально к ней, к площади этого элемента: p=F/S.

Температура – физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы.

Тепловое равновесие – состояние системы, когда отсутствует теплообмен между телами этой системы.

Идеальный газ.

Идеальным называют такой газ, для которого можно пренебречь размерами молекул, силами молекулярного взаимодействия; соударения молекул в таком газе происходят по закону соударения упругих шаров.

Состояние некоторой массы газообразного вещества характеризуют зависимыми друг от друга физическими величинами, называемыми параметрами состояния. К ним относятся объём V, давление p и температура T.

Термодинамическая система.

Изотермический процесс.

Закон Бойля-Мариотта. Всякое изменение состояния газа называют термодинамическим процессом.

В любом термодинамическом процессе изменяются параметры, определяющие состояние газа.

Процесс, при котором один из параметров остаётся постоянным, а два других изменяются, называется изопроцессом.

Процесс, протекающий в газе, при котором температура остаётся постоянной, называют изотермическим.

Произведение давления газа на объём для данной массы газа есть величина постоянная: pV=const.

Изобарный процесс. Закон Гей-Люссака. Процесс, протекающий в газе, при котором давление остаётся постоянным, называют изобарным.

Объём газа данной массы при постоянном давлении возрастает линейно с увеличением температуры: V=V₀(1+t). Величина  называется температурным коэффициентом объёмного расширения.

Изохорный процесс. Закон Шарля. Процесс, протекающий в газе, при котором объём остаётся постоянным, называют изохорным.

Давление газа данной массы при постоянном объёме возрастает линейно с увеличением температуры: p=p₀(1+t).

Для данной массы газа его объём при изобарном или давление при изохорном процессах пропорциональны термодинамической температуры.

Равновесные и неравновесные состояния и процессы.

Всякая система может находиться в различных состояниях, отличающихся температурой, давлением, объёмом и т.д.. Подобные величины, характеризующие состояние системы, называются параметрами состояния.

Если какой то параметр не имеет определённого значения, то состояние называется неравновесным.

Процесс перехода из неравновесного состояния в равновесное называется процессом релаксации или просто релаксацией. Время, затрачиваемое на такой переход, называют временем релаксации.

Равновесным состоянием системы называют такое состояние, при котором все параметры системы имеют определённые значения, остающиеся при неизменных внешних условиях постоянными сколь угодно долго.

Процесс, состоящий из непрерывной последовательности равновесных состояний, называется равновесным или квазистатическим.

Равновесный процесс может быть проведён в обратном направлении, причём система будет проходить через те же состояния, что и при прямом ходе, но в обратной последовательности. Поэтому равновесные процессы называют также обратимыми.

Процесс, при котором система после ряда изменений возвращается в исходное состояние, называется круговым процессом или циклом.