Термодинамика - Базаров И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Величины, определяемые положением не входящих в нашу систему внешних тел, называются внешними параметрами а,- (г=1,
14 2, ...), например объем системы (так как определяется расположением внешних тел), напряженность силового поля (так как зависиі от положения источников поля —зарядов и токов, не входящих в нашу систему) и т. д.
Следовательно, внешние параметры являются функциями координат внешних тел. Величины, определяемые совокупным движением и распределением в пространстве входящих в систему частиц, называются внутренними параметрами bj 0 = 1, 2, ...), например плотность, давление, энергия, поляризованность, намагниченность и др. (так как их значения зависят от движения и положения частиц системы и входящих в них зарядов).
Так как само пространственное расположение входящих в систему частиц—атомов и молекул—зависит от расположения внешних тел, то, следовательно, внутренние параметры определяются положением и движением этих частиц и значением внешних параметров*'.
Совокупность независимых макроскопических параметров определяет состояние системы, т. е. форму ее бытия. Величины, не зависящие от предыстории системы и полностью определяемые ее состоянием в данный момент (т, е. совокупностью независимых параметров), называются функциями состояния.
Состояние называется стационарным, если параметры системы с течением времени не изменяются.
Если, кроме того, в системе не только все параметры постоянны во времени, но и нет никаких стационарных потоков за счет действия каких-либо внешних источников, то такое состояние системы называется равновесным (состояние термодинамического равновесия). Термодшишическими системами обычно называют не всякие, а только те макроскопические системы, которые находятся в термодинамическом равновесии. Аналогично, термодинамическими параметрами называются те параметры, которые характеризуют систему в ее термодинамическом равновесии.
Внутренние параметры системы разделяют на интенсивные и экстенсивные. Параметры, не зависящие от массы или числа частиц в системе, называются интенсивными (давление, температура и др.); параметры, пропорциональные массе или числу
*' Заметим, что в зависимости от условий, в которых находится система, одна и та же величина может быть как внешним, так и внутренним параметром. Так. при фиксированном положении стевок сосуда объем V является внешним параметром, а давление р внутренним параметром, так как зависит от координат и импульсов частиц системы; в условиях же, когда система находиіся в сосуде с подвижным поршнем под постоянным давлением, давление р будет внешним параметром, а объем V—внутренним параметром, так как зависит оі положения и движения частиц. Вообще говоря, различие между внешними и внутренними параметрами зависит от того, где мы яро водим границу между системой и внешними J е лам и
15 s>,
частиц в системе, называются аддитивными или экстенсивными (энергия, энтропия и др.). Экстенсивные параметры характеризуют систему как целое, в то время как интенсивные могут принимаїь определенные значения в каждой точке системы. Система, энергия которой цели-
Рис. 1.
нейно зависит от числа часгиц, не являєіся термодинамической, и ее изучение методами существующей термодинамики, вообще говоря, весьма приближенно или даже совсем неправомерно.
Что представляют собой равновесные (термодинамические) внутренние параметры с молекулярной ючки зрения?
Для выяснения этого рассмотрим простейший пример. Пусіь в начальный моменг времени газ находится в неравновесном состоянии, так что ею плот носі ь в разных і очках разная. С течением времени газ начинает приходить в равновесное состояние (см. § 2) и его плотность P=W0A (т0— масса молекулы, п—концентрация молекул), изменяясь, приобретает некоторое макроскопически постоянное, равновесное значение ро (рис. I). Оно может быть определено как среднее значение плотности р за большой промежуток времени Т:
Аналогично, равновесное значение и любого другого внутреннего параметра представляет собой среднее за большой промежуток времени значение соответствующей лому параметру функции координат и скоростей.
Статистическая физика, исходя из определенной молекулярной модели строения вещества, позволяет вычислять равновесные значения внутрепних параметров системы. Однако и не проводя вычислений можно выявить закономерное! и систем в равновесном состоянии, имея в виду, ЧI о во многих случаях эти параметры могут быть определены экспериментально. Этот первый этап в теории равновесных состояний и представляет термодинамика.
Основанные на макроскопическом опыте представления об особенностях термодинамического равновесия конечных систем принимаются в термодинамике в качестве посіулаюв, опираясь на KOTOpjiie с помощью основных законов (начал) термодинамики изучаю і ся свойства равновесных систем и закономерности при их приближении к равновесию.
т
16 § 2. ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Физика изучает закономерности наиболее простых форм движения (механического, теплового, электромагнитного и др.) соответствующих структурных видов материи. Общая мера этих форм движения при их превращении из одной в другую называется энергией.
