Термодинамика - Базаров И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Система, не обменивающаяся с внешними телами ни энергией, ни веществом (в том числе и излучением), называется изолированной..
В термодинамике постулируется, что изолированная макроскопическая система с течением времени приходит в состояние термодинамического равновесия и никогда самопроизвольно выйти UJ него не может (первый, или основной, постулат термодинамики).
Являясь результатом обобщения опыта, это первое исходное положение термодинамики, справедливое для изолированных систем, может быть названо общим началом термодинамики, так как является основой всей термодинамики и определяет рамки ее применимости.
В статистической физике, явно учитывающей движение часіиц в системе, смысл положения о ее термодинамическом равновесии состоит в том, что у всякой (изучаемой термодинамикой) изолированной системы существует такое определенное и единственное макроскопическое состояние, которое чаше всего создается непрерывно движущимися частинами. Это еегь наиболее вероятное состояние, в которое и переходит изолированная система с течением времени. Отсюда видно, что иосіулат о самопроизвольном переходе изолированной системы в равновесие и неограниченно долюе ее пребывание в нем не являюіся абсолютным законом природы, а выражают лишь наиболее вероятное поведение системы; никогда не прекращающееся движение частиц системы приводит к ее спонтанным отклонениям (флуктуациям) от равновесною состояния.
Вероятностное поведение макроскопических систем, состоящих из громадного числа механически движущихся частиц, является харакіерной особенностью теплового движения, качественно отличающей его от классического механического движения с присущей ему однозначностью. Наличие огромного числа частиц в термодинамических системах обусловливает второстепенность механических закономерностей движения отдельных частиц и возникновение закономерностей их совокупного, массового движения. Принимая основной (первый) постулат, термодинамика таким образом ограничивает себя, исключая из рассмотрения системы, для которых равновесное состояние невозможно (процессы в таких системах не завершаются наступлением равновесия), а также все
17 явления, связанные с большими самопроизвольными отклонениями системы от равновесного состояния.
Основанием для принятия общего начала термодинамики является то, что. как показывают опыт и сіагистическая физика, относительные спонтанные отклонения макроскопической системы от равновесия при других равных условиях тем меньше, чем больше частиц в системе. Так как термодинамические системы состоят из громадного числа частиц N (N— IO23), то флукту-ациями в большинстве случаев можно пренебречь, что и делается в термодинамике.
В тех же случаях, где флуктуации существенны, термодинамический подход станови і ся неправомерным и необходимо статистическое рассмотрение. При этом обнаруживается несогласованность выводов термодинамики и. статистической физики, которая обусловливается ограниченностью и относительностью первого исхолного положения термодинамики. Уяснение этого обстоятельства показывает, что термодинамическое и статистическое рассмотрения макроскопических систем не исключают, а дополняют друг друга.
Первый постулат о термодинамическом равновесии приводит не только к нижнему пределу применимости термодинамики (системы с малым числом частиц: N -* 1), но и ограничивает ее применение к реальным системам сверху, так как для систем галактических размеров этот постулат не имеет места: не учитываемое обычно в земных условиях гравитациоиное взаимодействие между частицами в случае очень больших систем приводит к качесівенно новому их поведению — возникновению непрерывно сменяющих друг друга больших флуктуаций. Такие системы одинаково часто как приближаются к некоторому среднему равновесию, так и удаляются от него.
Второе исходное положение термодинамики (второй постулат) связано с другими свойствами термодинамического равновесия как особого вида теплового движения. Опыт показывает, что если две равновесные системы А и В привести в тепловой контакт, то независимо от различия или равенства у них внешних параметров а, они или остаются по-прежнему в состоянии термодинамического равновесия, или равновесие в них нарушается и спустя некоторое время в процессе теплообмена (обмена энергией) обе системы приходят в другое равновесное состояние. Кроме того, если имеются три равновесные системы А, В. Си если системы AuB порознь находятся в равновесии с системой С, то системы AuB находятся в термодинамическом равновесии и между собой (свойство транзитивности термодинамического равновесия).
Следовательно, состояние термодинамического равновесия системы определяется не только ее внешними параметрами а„ но и еще одной величиной t, характеризующей ее внутреннее состояние. Значения г ири тепловом контакте различных равновес-
18 ных систем в результате обмена энертией сгановяіся для них одинаковыми как при продолжающемся тепловом контакте, так и после его устранения*'.
Свойство транзитивности состояний термодинамического равновесия позволяет сравнивать значения величины t у разных сис гем, не приводя их в непосредственный і Є1ІЛОВОЙ KOHI акт между собой, а пользуясь одним каким-либо другим телом. Эта величина, выражающая состояние внутреннего движения равновесной системы, имеющая одно и ю же значение у всех частей сложной равновесной системы независимо от числа частиц в них и определяемая внешними параметрами и энергией, относящимися к каждой іакой части, называется температурой. Будучи интенсивным параметром, температура в этом смысле является мерой ингснсивности теплового движения.
