II. Основы термодинамики
ЛЕКЦИЯ 8
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОПИСАНИЮ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ЯВЛЕНИЙ
8.1. Четыре постулата термодинамики
Основная задача термодинамики и сущность её метода изложены в 1.5. Будем считать, что факт существования четырех постулатов или начал вам известен. Так получилось исторически, что началам термодинамики присвоены номера, начиная с нулевого. Перед тем как приступить к подробному изучению содержания постулатов постараемся сформировать представление о предназначении каждого из них как компонента целостной системы принципов. Для этого обратимся к схеме 8.1.1.
Схема 8.1.1
8.2. Нулевое (общее) начало термодинамики
До тридцатых годов ХХ века начал термодинамики было три. В 1931 году, когда приступили к исследованию неравновесных систем, потребовалось более строгое определение температуры. Развернулась широкая дискуссия об основах термодинамики, в результате которой было достигнуто понимание, что стремление к равновесию замкнутой системы само по себе является основополагающим принципом термодинамики. Таким образом, было сформулировано четвёртое начало. Поскольку фактически пользоваться им стали гораздо раньше, чем возникла даже классическая механика, то английский физик-теоретик Р.Г. Фаулер предложил присвоить ему номер меньший, чем первый – нулевой.
Таким образом, закончилась почти столетняя история открытия законов термодинамики:
Второе начало (С. Карно, У. Томсон, Р. Клаузиус) – 1824 г.
Первое (Ю.Р. Майер, Дж. Джоуль, Г. Гельмгольц) – 1842 г.
Третье (В. Нернст) – 1906 г.
Нулевое (по общему соглашению) – 1931 г.
Формулировка постулата
Если макроскопические системы привести в непосредственный контакт и изолировать от внешней среды, то они по истечении времени придут к термодинамическому равновесию. Это равновесие не нарушится, если устранить контакт между системами, а затем через некоторое время восстановить его.
Свойство транзитивности термодинамического равновесия
Термодинамическое равновесие обладает свойством транзитивности:
если системы
и
находятся в термодинамическом равновесии
и системы
и
находятся в термодинамическом равновесии,
то системы
и
также находятся в термодинамическом
равновесии между собой.
Информационное содержание постулата
• Достигнув состояния термодинамического равновесия, изолированная система никогда самопроизвольно выйти из него не может.
• Существует некоторый макроскопический параметр, значения которого при тепловом контакте различных тел в результате обмена энергии становятся для них одинаковыми. Эта величина, выражающая состояние внутреннего движения равновесной системы, называется температурой.
• Свойство транзитивности состояний теплового равновесия позволяет сравнивать значения температуры у разных систем, не приводя их в непосредственный контакт между собой, а пользуясь каким-то другим телом.
• Из положения о существовании температуры следует, что все равновесные внутренние параметры системы являются функциями внешних параметров и температуры.