34.Молекулярно- кинетическая теория явлений переноса в неравновесной системе

МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ – раздел молекулярной физики, изучающий свойства вещества на основе представлений об их молекулярном строении и определенных законах взаимодействия между атомами (молекулами), из которых состоит вещество

микроскопическая теория процессов в неравновесных средах. В кинетике методами квантовой или классической статистической физики изучают процессы переноса энергии, импульса, заряда и вещества в различных физических системах (газах, плазме, жидкостях, твёрдых телах) и влияние на них внешних полей. В отличие от термодинамики неравновесных процессов и электродинамики сплошных сред, кинетика исходит из представления о молекулярном строении рассматриваемых сред, что позволяет вычислить из первых принципов кинетические коэффициенты, диэлектрические и магнитные проницаемости и другие характеристики сплошных сред. Если известна функция распределения всех частиц системы по их координатам и импульсам в зависимости от времени (в квантовом случае — матрица плотности), то можно вычислить все характеристики неравновесной системы. Вычисление полной функции распределения является практически неразрешимой задачей, но для определения многих свойств физических систем, например, потока энергии или импульса, достаточно знать функцию распределения небольшого числа частиц, а для газов малой плотности — одной частицы. Основной метод физической кинетики — решение кинетического уравнения Больцмана для одночастичной функции распределения молекул в фазовом пространстве их координат и импульсов . Функция распределения удовлетворяет кинетическому уравнению:

где  — интеграл столкновений, определяющий разность числа частиц, приходящих в элемент объёма вследствие прямых столкновений и убывающих из него вследствие обратных столкновений. Для одноатомных молекул или для многоатомных, но без учёта их внутренних степеней свободы

где  — вероятность столкновения

где ,  — импульсы молекул до столкновения, ,  — соответственно скорости, ,  — их импульсы после столкновения, ,  — функции распределения молекул до столкновения, ,  — их функции распределения после столкновения.

35. Работа газа при изменении его объема. Внутренняя энергия термодинамической системы.

работа при изменении объема газа - работа, совершаемая газом при расширении или сжатии. Работа при изобарном изменении объема газа пропорциональна изменению его объема. Если газ расширяется, то он совершает положительную работу. Если газ сжимается, то он совершает отрицательную работу. Для рассмотрения конкретных процессов найдем в общем виде внешнюю работу, совершаемую газом при изменении его объема. Рассмотрим, например, газ, находящийся под поршнем в цилиндриче­ском сосуде . Если газ, расширяясь, передвигает поршень на бесконечно малое расстояние dl, то производит над ним работу

dA=Fdl=pSdl=pdV,где S — площадь поршня, Sdl=dV— из­менение объема системы. Таким образом,dA=pdV.Полную работу A, совершаемую газом при изменении его объема от V₁ до V₂, найдем:интеграл(V1-V2)pdV

Полная энергия термодинамической системы представляет собой сумму кинетической энергии движения всех тел, входящих в систему, потенциальной энергии взаимодействия их между собой и с внешними телами и энергии, содержащейся внутри тел системы. Если из полной энергии вычесть кинетическую энергию, характеризующую макроскопическое движение системы как целого, и потенциальную энергию взаимодействия её тел с внешними макроскопическими телами, то оставшаяся часть будет представлять собой внутреннюю энергию термодинамической системы. Если две равновесные термодинамические системы, находятся в тепловом контакте и имеют одинаковую температуру, то совокупная термодинамическая система находится в состоянии термодинамического равновесия при той же температуре.

     Если какая-либо равновесная термодинамическая система имеет одну и ту же температуру с двумя другими системами, то эти три системы находятся в термодинамическом равновесии при одной и той же температуре.

С учетом вышеизложенного, для конечных величин изменения параметров ТС, т.е. для случая перехода системы из состояния 1 в состояние 2 можно записать следующее равенство, позволяющее рассчитать изменение внутренней энергии U_1-2:

U_1-2 = Q_1-2 + A_1-2' = Q_1-2 - A_1-2       (13.1) или Q_1-2 = U_1-2 + A_1-2,                            (13.2) где A_1-2 - работа, совершаемая системой против действия внешних сил; A_1-2' - работа, совершаемая внешними силами над системой Q_1-2 - количество теплоты, сообщенное системе.

При переходе к бесконечно малым изменениям будет справедливо следующее равенство:

Q = dU + A,     (13.3) где величины элементарного количества теплоты Q и работы и A положительны, если теплота подводится к системе и система совершает работу над внешними силами.

Работа и количество теплоты не являются функциями состояния, но их элементарные количества определяют изменение внутренней энергии системы, что и отражено в уравнении (13.3).