Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Бутиков Е.И. -> "Физика для поступающих в вузы" -> 50

Физика для поступающих в вузы - Бутиков Е.И.

Бутиков Е.И., Быков А.А., Кондратьев А.С. Физика для поступающих в вузы — Наука, 1982. — 610 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikadlyapostupaushih1982.pdf
Предыдущая << 1 .. 44 45 46 47 48 49 < 50 > 51 52 53 54 55 56 .. 217 >> Следующая


Исторически при изучении макроскопических свойств физических систем независимо сложились два различных подхода — статистический и термодинамический. Статистический подход, или статистическая механика, является молекулярно-кинетической теорией, основанной на определенных представлениях о строении вещества. Задачей статистической механики является установление законов поведения макроскопических систем, состоящих из огромного числа частиц, на основе известных динамических законов поведения отдельных частиц. Другими словами, статистическая механика устанавливает связь между экспериментально измеряемыми макроскопическими величинами/ характеризующими систему в целом:, такими, как давление,
$ 1. БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ

139

объем, температура,- напряженность электрического поля и т.д., .и микроскопическими характеристиками системы, такими, как массы и заряды составляющих систему частиц, их координаты и импульсы и т. д.

Поясним сказанное на примере. Простейшей системой, состоящей из большого числа частиц, является газ, занимающий некоторый объем. С точки зрения механики состояние такой системы определяется заданием положений и скоростей всех молекул газа, число которых в макроскопическом объеме огромно. Например, всего 1 см3 воздуха при нормальных условиях содержит 2,7 -1019 молекул. Из-за движения молекул механическое состояние непрерывно изменяется. Однако опыт показывает, что при неизменных внешних условиях любая макроскопическая система рано или поздно приходит в стационарное состояние, при котором, несмотря на изменение механического состояния, такие величины, как, например, температура, плотность, давление, характеризующие систему в целом, остаются неизменными. Для изолированной макроскопической системы это будет состояние теплового равновесия. Заданием таких макроскопических величин и характеризуют состояние системы в статистической механике.

Таким образом, определение состояния системы в статистической механике является гораздо менее детализированным, чем в механике, так как опирается лишь на небольшое число макроскопических параметров, измеряемых на опыте. В большинстве случаев такое сокращенное описание системы является вполне достаточным, ибо нас, как правило, совершенно не интересует детальная информация о движении отдельных молекул.

Но значения макроскопических параметров, разумеется, зависят от движения молекул, и задача статистической механики — выразить свойства системы в целом через характеристики отдельных молекул, т. е. перекинуть мост между макро- и микроскопическими описаниями системы. При этом требуется установить связь макроскопических параметров системы со средними значениями микроскопических величин и дать способ, вычисления этих средних значений на основе законов движения отдельных молекул.

Так, например, для одного моля идеального газа молекулярно-кинетическая теория устанавливает связь между произведением двух макроскопических параметров газа —
140 ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ

давления р и молярного объема — и средним значением микроскопического параметра (Е)—средней кинетической энергией хаотического движения одной молекулы Е:

pV^j<E>NA. (1.7)

В отличие от молекулярно-кинетической теории, термодинамический подход при изучении свойств макроскопических систем не опирается ни на какие модельные представления об атомно-молекулярной структуре вещества. Термодинамика представляет собой феноменологическую теорию, основанную на небольшом числе твердо установленных на опыте законов, таких, как, например, закон сохранения энергии. Основные понятия термодинамики вводятся на основе физического эксперимента, и поэтому она оперирует только макроскопическими величинами: давлением, температурой, объемом и т. п. При этом связь между различными макроскопическими параметрами конкретных систем в термодинамике устанавливается опытным путем. Например, для 1 моля газа в условиях, когда по своим свойствам он близок к идеальному, на опыте установлена следующая связь между тремя макроскопическими параметрами: давлением, молярным объемом и абсолютной температурой:

pV^RT. (1.8)

Термодинамический подход отличается большой общностью и простотой. Он дает возможность решать многие конкретные задачи, не требуя никаких сведений о свойствах атомов или молекул.

Недостатком термодинамического метода можно считать то, что при его использовании остается невыявленной связь между наблюдаемым явлением и обуславливающим это явление поведением молекул. Если мы, например, термодинамическим методом установим, что металлический стержень при нагревании должен удлиняться, а растянутый резиновый жгут — сокращаться, то мы не сможем объяснить, какие особенности строения вещества приводят к такому различию в поведении при нагревании. Если же это нас не удовлетворяет и мы хотим понять, почему так происходит, то мы должны обратиться к статистической механике, так как в рамках термодинамики невозможно
Предыдущая << 1 .. 44 45 46 47 48 49 < 50 > 51 52 53 54 55 56 .. 217 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed