Решебники для студентов » Физика » Лекции по Физике » Лекція 1(Молекулярна фізика) - Предмет та методи молекулярної фізики.Тиск та температура

Лекція 1(Молекулярна фізика) - Предмет та методи молекулярної фізики.Тиск та температура

Автор: santa от 12-01-2012, 00:56
Нравится(+) +2 Не нравится(-)
Наш сайт тебе помог в решении задачи, сдачи курсовой или диплома?

В знак благодарности - Напиши отзыв и Расскажи друзьям о нас!



В молекулярній фізиці ми будемо з вами мати справу із системами, що складаються із дуже-дуже великої кількості частинок, що знаходяться у неперервному хаотичному русі.Такий рух називають тепловим. Виявляється, що тепловий рух має свої характерні ознаки. Так наприклад, властивості макросистеми не залежать від початкових положень частинок. Якщо буде можливість, змоделюйте рух кульок в обмеженій частині простору. Ви побачите, що система вже із 100 кульок „не пам’ятає” своєї історії.

Отже перше, що ми відзначили, це те, що молекулярна фізика обмежується вивченням систем, що складаються з великої кількості частинок, які взаємодіють одна з одною та зовнішніми полями. Під словом частинки ми маємо на увазі молекули газу або рідини, або групи атомів, що розміщуються у вузлах кристалічної ґратки. Скільки це – велика кількість? Це числа масштабу числа Авогадро (A. Avogadro, 1811)
NA ≈ 6.02 1023.

А кількість речовини виражають в молях
ν = N/NA.

Видно, що описати рух такої великої кількості частинок з допомогою законів механіки (класичної чи квантової) технічно неможливо.
Тому для описання макросистем будемо використовувати такі фізичні величини, які характеризують систему в цілому. Один з таких параметрів вам відомий вже з механіки – тиск. Його суть найлегше зрозуміти на прикладі газу. Якщо взяти манометр і ввести його мембрану в газ, то мембрана відчує на собі дію ударів молекул газу. Середня кількість ударів за маленький проміжок часу і буде визначить силу дії газу на мембрану.

Інший параметр, який вже не має жодних аналогій з механікою, - це температура. Ми звикли користуватись цим поняттям в побуті, але зрозуміти його суть не так просто. В житті ми на дотик сприймаємо тіла як гарячі або холодні і в такий спосіб ми встановлюємо, висока температура у тіла чи низька. Але це суб’єктивне сприйняття. Одне і те ж тіло може бути гарячим або холодним в залежності від того, наша рука до цього була в холоді чи в теплі. Крім того наші сприйняття залежать ще й від теплопровідності. Так металеві матеріали в теплій кімнаті на дотик завжди холодніші за пластмасові чи дерев’яні.

В термодинаміці поняття температури вводиться після розгляду іншого поняття – термодинамічної рівноваги. Як і інші поняття в фізиці поняття рівноваги вводиться після розгляду конкретних прикладів і наступного узагальнення.
Приведіть у дотик розігрітий метал і воду. Що ви будете спостерігати? Вода почне нагріватись, а метал охолоджуватись. Це буде супроводжуватись певними макроскопічні процесами: вода почне інтенсивно випаровуватись, метал буде змінювати свій колір. Настане момент, коли всі ці зміни зникнуть. За аналогією з механікою кажуть, що тіла перейшли до термодинамічної рівноваги і мають однакову температуру.

Термодинамічна рівновага - це стан, коли макроскопічні параметри (об’єм, тиск, намагніченість...) не змінюються із плином часу і коли відсутні макроскопічні потоки. Так зване нульове начало термодинаміки стверджує, що кожна макроскопічна система при фіксованих зовнішніх умовах досягає самовільно стан термодинамічної рівноваги. Це нульове начало є узагальненням нашого з вами повсякденного досвіду.
- Чим стан термодинамічної рівноваги відрізняється від стану механічної рівноваги? Тим, що частинки системи повинні знаходитись в неперервному хаотичному русі.

Температура – величина, що характеризує стан теплової рівноваги: у тіл, що знаходяться в стані теплової рівноваги, температури однакові. Навпаки, тіла з однаковою температурою знаходяться в тепловій рівновазі. Стан теплової рівноваги має властивість транзитивності – якщо два тіла знаходяться в стані теплової рівноваги з третім тілом, то вони знаходяться в рівновазі і між собою. Власне на цьому і побудована можливість вимірювання температури. Якщо взяти ртутний термометр і прикласти його до одного тіла, а потім до іншого, і при цьому стовпчик ртуті не змінить свого положення, то ми говоримо, що ці тіла мають однакову температуру. Приклади досягнення рівноважних станів, а також випадки, коли поняття температури використовувати не можливо.

В чому особливість температури, як фізичної величини, – вона не адитивна. Тобто температура тіла не рівна сумі температур окремих частин тіла (назвіть інші величини неадитивного типу). Приклади адитивних величин – об’єм, маса... Питання про вимірювання температури розглянемо на наступній лекції.

Як ми можемо зрозуміти між всіма фізичними величинами, які мають відношення до конкретної системи існує зв’язок. В рівноважному стані цей зв’язок однозначний і записується у формі певного рівняння, яке називають рівняння стану. Сьогодні ми з вами отримаємо таке рівняння стану для ідеального газу.

Звідки беруться рівняння. Або з досвіду, виходячи з найбільш загальних уявлень і основних положень або аксіом термодинаміки – так званий термодинамічний метод. В термодинаміці теплота – це особливий вид руху матерії, але природа його не уточнюється.

Інший шлях – звернутись до уявлень про теплоту, як про хаотичний рух атомів і молекул, і використати апарат математичної теорії ймовірностей – статистичний метод.

Використовуючи різні методи вивчення властивостей макросистем і процесів, що в них відбуваються, статистична фізика і термодинаміка взаємно доповнюють одна одну, утворюючи єдине ціле. Термодинамічний метод характеризується своєю загальністю і дозволяє вивчати явища без конкретизації їх внутрішніх механізмів. Статистичний метод базується на мікроскопічному описанні і дозволяє зрозуміти суть явищ, встановити зв’язок поведінки системи в цілому з поведінкою і властивостями окремих частинок і підсистем.




Теги: Термодинамічна рівновага, Температура, термодинамічний метод, статистичний метод

ВНИМАНИЕ! Регистрация возможна только по инвайтам.
Как получить инвайт-ключ написано на этой странице.

Комментарии:

Оставить комментарий