Статистические теории в термодинамике - Лоренц Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
Почти весь перевод лекций и примечаний исполнен С . П . К у б -л и ц к о й.
12 марта 1935 г. Ю. Крутков
В. Hostinsky, Ann. l’Institut Н. Poincare, t. Ill, fasc. 1. Статьи редактора: Изв. Акад. Наук СССР 1934, Phys. Z. S. d. Sowjetunion 1934, Доклады Акад. Наук. СССР 1934 и 1935.
1Cm. W. Heisenberg, Вег. d. Sachs. Akad. 1931 и последующие статьи Z. S. f. Phys.
2P. Debye, Mitteilungen d. Phys. Ges. Zurich №18, 1916.
Предисловие автора
В этих лекциях, которые я имел честь прочесть в College de France, я поставил себе целью дать очерк главнейших применений, которые статистическая механика и теория вероятностей вообще нашли в молекулярной физике и в теории теплового излучения. Я пытался подчеркнуть те идеи, которые служат основой этих приложений и, в особенности, выявить большое значение знаменитой теоремы Больцмана, приводящей в тесную связь вероятность и энтропию.
Благодаря счастливому сотрудничеству многих физиков различных стран, теории, которые я излагаю, быстро приобрели большое развитие и распространение. Поэтому мне невозможно было изложить их хотя бы до некоторой степени подробно и я должен был ограничиться выбором нескольких вопросов, углубляя немного один из них и только слегка касаясь других. В одном случае, когда дело шло о работах Планка, я даже для упрощения представил теорию в такой форме, которая самим автором ныне заменена другой.
Л.Дюнуайе взял на себя труд редактирования этих лекций. Я приношу ему здесь глубокую благодарность за его помощь, которая мне была очень полезна и которую я ценю тем выше, что работа эта должна была отвлечь его от важных экспериментальных исследований, которыми он занимался.
В примечаниях в конце книги я привожу некоторые соображения и выкладки, включение которых в текст лекций было бы затруднительно. Из-за этих замечаний, которые я прибавил к рукописи Д ю н у а й е, полученной мною уже два года тому назад, я так долго откладывал опубликование этих лекций.
Гаарлем, сентябрь 1915 г. Г. А. Лоренц
Лекция первая
1. Классическая термодинамика. Молекулярные теории.
Предмет этих лекций — не столько изложение новых фактов или новых теорий, как сообщение некоторых соображений о том виде, в котором представляются нам различные теоретические отделы термодинамики.
Известно основное значение, которым обладает не только в этом отделе науки, но и среди наших общих знаний о вселенной, второе начало термодинамики или начало Карно-Клаузиуса. Во всяком случае можно сказать, что оно царствует более чем над половиной физики. Исходя из этого начала, перед нами открывается путь исследования, путь верный, проложенный знаменитыми трудами Клаузиуса, лорда Кельвина, Дюгема. Здесь нет никакого вопроса ни об атомах, ни о молекулах, ни об ионах, ни об электронах. Говорится только
о непосредственно измеряемых величинах: о давлениях, температурах, объемах, количествах теплоты, электродвижущих силах и т. д. Эта термодинамика образует ныне замечательную научную систему, детали которой ни по красоте, ни по блестящей законченности не уступают всей системе в целом; она заслуживаем имя термодинамики классической.
Ho как бы ни была красива эта система, мы не можем ею удовлетвориться. У нас возникает желание более ознакомиться с деталями, войти более в механизм явлений. И это стремление некоторых умов, менее склонных ограничить науку общим характером явлений, так сказать внешним, непосредственно применимым, а более заботящихся о выделении при помощи глубокого анализа общих черт явлениям, по-види-мому, несходным — это стремление породило молекулярные теории. Конечно, путь, который ими открывается, менее надежен, но все-та-ки они дают результаты, которыми мы можем гордиться. Простейшая из этих теорий, пришедшая к нам первой, — кинетическая теория газов; среди наиболее замечательных результатов, которые она позволила предсказать, укажем на независимость коэффициента вязкости газа от его плотности, а также закон, связывающий теплопроводность газа
18
Лекция первая
с его коэффициентом вязкости. Теория электролитических ионов, развитая Нернстом и Планко м, есть также теория молекулярная. В ее пользу говорит теоретическое определение электродвижущих сил, действующих при соприкосновении двух электролитов или внутри раствора с разностью концентрации. Что касается элементов, из которых построены эти теории, то теперь нельзя сомневаться в их существовании, после того как «реальность молекул» стала фактом, почти что наблюдаемым непосредственно; молекулы существуют для нас совершенно так же, как и многие другие предметы, непосредственно нам невидимые, но в существовании которых наш ум вовсе не сомневается. Исследования П е р р е н а (совместно со многими другими) над эмульсиями и броуновским движением очень способствовали возникновению такой уверенности.
Основываясь на этих блестящих результатах, можно поставить вопрос: нельзя ли найти закон Карно-Клаузиуса при помощи молекулярных теорий, понимая, конечно, последние в очень широком смысле, так как общности результата должна каким-либо образом соответствовать общность предпосылок? Австрийскому физику Больцману принадлежит честь первого успешного подхода к этой задаче и установления связи между понятием вероятности, определенным образом понимаемой, и термодинамическими функциями, в частности энтропией. Рядом с ним нужно считать одним из основателей этой новой ветви теоретической физики — статистической термодинамики — Уилларда Гиббса. Далее следует упомянуть работы Пуанкаре, Планка и Эйнштейна. Общий результат, который можно считать окончательно установленным, это существование связи между энтропией некоторого состояния и вероятностью этого состояния.
