Термодинамика - Базаров И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Большое значение для термодинамики имели появившиеся в конце XTX в. работы Гиббса, в которых был, создан новый метод термодинамических исследований (метод термодинамических потенциалов), установлены общие условия термодинамического равновесия, развита теория фаз и капиллярности.
*> Энгельс Ф. Диалетика природы. M.. 1982. С. 217. **' Там же. С. 20.
11 В XX в. термодинамика вышла за пределы первоначальных требований теплотехники и стала изучать, как уже было сказано, закономерности тепловой формы движения материи в основном в равновесных системах и при переходе их в равновесное состояние.
Первое начало термодинамики выражает количественную сторону закона сохранения и превращения энергии в применении к термодинамическим системам.
Второе начало термодинамики иредсіавляег собой закон об энтропии. Проявлением действия этого закона является, например, самопроизвольный переход теплоты от тела с большей температурой к іелу с меньшей температурой при соприкосновении, невозможность процессов, единственным результатом которых было бы превращение теплоты в работу, и др.
Так же как и первое начало термодинамики, второе начало имеет около десятка различных формулировок, большая часть которых эквивалентна одна другой и выражает полное содержание самого закона. Разнообразие формулировок этих законов связано с их проявлением в тех или иных конкретных случаях. Та из формулировок, которая выражает закономерность явления, наиболее близкого к нашему опыту, практике, может быть принята за исходную при установлении и анализе каждого из законов.
В 1906 г. на основе многочисленных исследований свойств тел при температурах, близких к 0 К, был установлен новый закон природы- третье начало іермодинамики. Согласно ему, при температурах, стремящихся к 0 К. равновесные изотермические процессы проходят без изменения энтропии. Третье начало термодинамики имеет большое значение при нахождении энтропийных и химических коне і ант, которые оказываются существенными при любой температуре.
Основываясь на трех началах, термодинамика исследует свойства реальных систем, состоящих из большого числа частиц.
Неоцеиимый вклад в развитие термодинамики внесли наши ученые. В конце XIX в. профессор Киевского университета Н. Н. Шиллер дал новую формулировку второго начала термодинамики, которая в 1909 г. была развита немецким математиком Каратеодори. В 1928 г. Т. А. Афанасьева-Эренфест, критически анализируя работы Шиллера и Каратеодори, впервые показала, что второе начало термодинамики состоит из двух независимых положений, являющихся обобщением данных опыта и относящихся, с одной стороны, к состояниям равновесия, а с другой—к неравновесным процессам.
Важна роль русских ученых и в изучении критических явлений. Само понятие критической температуры появилось впервые у Д. И. Менделеева.
Менделеев установил, что при приближении к некоторой температуре поверхностное натяжение стремится к нулю и про-
12 падает различие между жидкостью и паром. Он назвал эту температуру температурой абсолютного кипения. В дальнейшем изучением критических явлений занимались А. Г. Столетов, М. П. Авенариус и др. Ученые В. А. Михельсон и Б. Б. Голицын внесли значительный вклад в термодинамику излучения. Голицын первым ввел понятие температуры излучения, которое вошло в науку и сохранилось до наших дней, Применением термодинамики к физической химии занимались Д. П. Коновалов, Н. С. Курнаков и др.
Большой вклад в термодинамические и статистические исследования внесли работы Н. Н. Боголюбова по проблемам динамической теории в статистической физике, работы Л. Д. Ландау по теории сверхтекучести, работы М. А. Леонтовича о термодинамических функциях неравновесных состояний, работы В. К. Семенченко по теории растворов и критических явлений и др. J.
Данный 1?урс термодинамики строится по такому плану: сначала устанавливаются и обсуждаются основные понятия и исходные положения термодинамики, излагаются начала термодинамики и их основные следствия, а потом рассматриваются методы термодинамики и с их помощью разбираются важнейшие приложения термодинамики.
Последние главы посвящены основам неравновесной термодинамики. 1
основы
ТЕОРИИ
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ОСНОВНЫЕ понятия И ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ
Термодинамика изучает закономерности теплового движения в равновесных системах и при переходе систем в равновесие (классическая, или равновесная, термодинамика), а также обобщает эти закономерности на неравновесные системы (неравновесная термодинамика, или термодинамика необратимых процессов). Здесь рассматривается равновесная термодинамика (ее обычно называют просто термодинамикой в отличие от неравновесной термодинамики).
Прежде чем перейти к изложению основных законов и методов термодинамики и изучению, свойств различных систем, раскроем содержание главных термодинамических понятий. Это позволит оценить значение и пределы применимости термодинамики.
§ 1. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ, ПАРАМЕТРЫ И РАВНОВЕСИЕ
Всякий материальный объект, всякое тело, состоящее из большого числа частиц, называется макроскопической системой. Размеры макроскопических систем всегда значительно больше размеров атомов и молекул. Все макроскопические признаки, характеризующие такую систему и ее отношение к окружающим телам, называются макроскопическими параметрами. К их числу относятся такие, например, величины, как плотность, объем, упругост ь, концентрация, поляризованность, намагниченность и т. д. Макроскопические параметры разделяют на внешние и внутренние.
