Раздел II. Молекулярная физика

Молекулярная физика ― раздел курса общей физики, в котором изучаются макроскопические свойства вещества, обусловленные его молекулярным строением, характером движения молекул и силами, действующими между ними.

В основе молекулярной физики лежит, установленное на опыте, утверждение: в каком бы состоянии не находилось вещество (твердом, жидком, газообразном), составляющие его молекулы находятся в непрерывном хаотическом (непредсказуемом) движении, которое называют тепловым. Хотя движение любой молекулы вещества подчиняется законам механики, описать движение каждой молекулы из большой совокупности (к примеру, в 1м³ воздуха при нормальных условиях находится  10²⁵ молекул) практически невозможно. В связи с этой трудностью в молекулярной физике разработано два взаимно дополняющих друг друга теоретических метода ― статистический и термодинамический.

В статистическом методе принимается, что микроскопические величины, характеризующие движение молекулы (к примеру, её скорость в данный момент времени) являются непредсказуемыми, случайными. Для построения теории создается гипотетическая модель механизма молекулярного движения и пространственного строения вещества. Затем в этой модели разрабатываются методы нахождения вероятностей тех или иных значений микроскопических величин, зная которые вычисляют средние значения этих величин (среднюю скорость движения молекулы, её среднюю кинетическую энергию, среднюю длину свободного пробега и т. п.). После этого устанавливается связь полученных средних значений с макроскопическими характеристиками вещества такими как давление, температура и т. п.

Термодинамический метод исследования вещества, в отличие от статистического, не вводит в рассмотрение какие-либо модельные представления об атомно-молекулярном строении тела. А ставит своей задачей установление зависимости между непосредственно наблюдаемыми макроскопическими (измеряемыми в опыте) величинами, такими, как давление, температура, объём, концентрация, напряженность электрического или магнитного поля и т. п. Термодинамика, как теоретическая дисциплина, строится на трёх фундаментальных началах (аксиомах), установленных на основании огромного опытного знания, относящегося к поведению макроскопических систем. Вследствие этого выводы термодинамики имеют весьма общий характер, независимый от выбора гипотетической модели структуры вещества, независимо от характера движения молекул, взаимодействия между ними. Тогда как выводы статистической теории существенным образом зависят от выбора этой гипотетической модели. Недостатком термодинамического метода является невозможность с помощью его вскрыть молекулярную сущность изучаемых явлений. Термодинамика ничего не говорит о механизме происходящих в веществе явлений, а только устанавливает связь между макроскопическими характеристиками вещества. Поэтому в настоящее время в молекулярной физике разрабатываются оба подхода в исследовании макроскопических свойств вещества ― статистический и термодинамический. Эти исследования взаимно дополняют друг друга, так как у них один и тот же объект исследования ― система, состоящая из многих молекул.