Термодинамический метод

Как уже отмечалось в 1.3, систему многих частиц можно исследовать, не интересуясь ее внутренней структурой. В этом случае модель материального тела не имеет смысла. Макросистема рассматривается как сплошная среда с плотностью . Для описания используются физические величины, относящиеся к системе в целом – макроскопические параметры, которые могут быть измерены экспериментально.

Макроскопические параметры условно подразделяют на внешниеивнутренние. Внешними параметрами называются такие, значения которых определяются положением тел, не входящих в изучаемую макросистему. К ним относятся занимаемый системой объеми напряженности внешних силовых полей. Внутренними параметрами называются параметры, определяемые совокупным движением и распределением в пространстве входящих в систему частиц. К ним относятся давление, температура, магнитный момент системыи многие другие.

Уравнение, выражающее функциональную связь между внутренними и внешними макроскопическими параметрами в состоянии термодинамического равновесия, называется обобщенным уравнением состояния системы.

Важнейшими исходными понятиями термодинамики являются внутренняя энергия системы, макроскопическая работа и теплота. Физическая природа теплоты не рассматривается. Термодинамика является аксиоматической наукой. Фундамент теории образуют четыре постулата, или принципа. В российской научной традиции их принято называть началами термодинамики.

Индивидуальность системы, ее специфика отражается в двух уравнениях, которые используются при решении конкретных задач. Это термическое уравнение состояния и калорическое уравнение состояния, отражающее зависимость внутренней энергии системы от ее температуры и объема.Подобного рода уравнения «компенсируют» отсутствие модели материального тела. Они могут быть получены эмпирически, как результат огромного числа измерений или взяты из статистической теории.

Постулаты позволяют получать многочисленные соотношения между различными макроскопическими параметрами в аналитической форме. Макроскопические свойства системы могут быть полностью описаны на основе этих уравнений и экспериментальных данных о теплоемкостях. Таким образом, задачей термодинамики является полное описание макросистемы на полуэмпирической основе.

В заключение отметим, что, несмотря на идеологические расхождения и драматические отношения между творцами термодинамического и статистического методов молекулярной физики в пору её становления, в наши дни оба подхода взаимно дополняют друг друга. Их комплексное применение способствует эффективному решению научных задач.

Контрольные вопросы.

1. Что является предметом молекулярной физики?

Конкретизируйте предметную область изучаемой дисциплины.

2. Какие методы позволяют наблюдать молекулярную структуру макроскопических тел?

3. Назовите характерные размеры атомов и молекул.

4. Дайте определение единицы измерения 1 моль. Что можно измерять в молях?

5. Какие теоретические методы разработаны для изучения макросистем?

6. В чем заключается особенность экспериментальных методов молекулярной физики?

7. Разъясните смысл двух имеющихся понятий системы. Перечислите основные виды систем.

8. Какие параметры называются микроскопическими и макроскопическими?

9. Дайте определение термодинамического равновесия.

10. Каковы характерные особенности эволюции сложных систем вблизи и в удаленности от термодинамического равновесия? Какие дисциплины изучают молекулярные системы в разных условиях?

11. При каких условиях образуются ячейки Бенара? Что это такое?

12. В чем заключаются принципиальные отличия статистического и термодинамического методов изучения макросистем?

ЛЕКЦИЯ 2

МОДЕЛИ МОЛЕКУЛЯРНЫХ СИСТЕМ И ИХ ВЕРОЯТНОСНОЕ ОПИСАНИЕ