Курс общей физики Том 1 Механика, колебания и волны, молекулярная физика - Савельев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Поскольку массы килограмм-молекул относятся как соответствующие молекулярные веса, киломоли всех веществ содержат одно и го же число молекул, равное
что численно равно 1 /тед. Число Na называется числом Авогадро. Опытным путем найдено, что
Na = 6,023 • IO26 кмоль-'.
В СГС-системе числом Авогадро называют число молекул в грамм-молекуле вещества. Следовательно, в этой системе
Na = 6,023 • IO23 моль-К
Зная число Авогадро, можно найти единичную массу тсд. В самом деле, тея численно равна I/Na, т. е, 1/6,02-3* IO26 = 1,66- IO-27 кг. Таким образом, масса любого атома равна 1,66-IO-27 А кг, масса любой молекулы равна 1,66-IO-27 M кг.
20 И. В. Савельев, т. I
305
Теперь произведем оценку размеров молекул. Естественно предположить, что в жидкостях молекулы располагаются довольно близко друг к другу. Поэтому приближенную оценку объема одной молекулы можно получить, разделив объем киломоля какой-либо жидкости, например воды, на число молекул в киломоле Na. Киломоль (т. е. 18 кг) воды занимает объем 0,018 лі3. Следовательно, на долю одной молекулы приходится объем, равный
0,018 Qn 1п-зо з ^53- = 30-10 м.
Отсюда следует, что линейные размеры молекул воды приблизительно равны
1^30 • IO"30 ~ 3 • Ю~10 м = ЗА.
Молекулы других веществ также имеют размеры порядка нескольких ангстрем.
§ 93. Состояние системы. Процесс
Системой тел или просто системой мы будем называть совокупность рассматриваемых тел. Примером системы может служить жидкость и находящийся в равновесии с ней пар. В частности, система может состоять из одного тела.
Всякая система может находиться в различных состояниях, отличающихся температурой, давлением, объемом и т. д. Подобные величины, характеризующие состояние системы, называются параметрами состоя н и й.
He всегда какой-либо параметр имеет определенное значение. Если, например, температура в разных точках тела неодинакова, то телу нельзя приписать определенное значение параметра Т. В этом случае состояние называется неравновесным. Если такое тело изолировать от других тел и предоставить самому себе, то температура выравняется и примет одинаковое для всех точек значение T — тело перейдет в равновесное состояние. Это значение T не изменяется до тех пор, пока тело не будет выведено из равновесного состояния воздействием извне.
306
То же самое может иметь место и для других пара* метров, например для давления р. Если взять газ, за-» ключенный в цилиндрическом сосуде, закрытом плотно пригнанным поршнем, и начать быстро вдвигать поршень, то под ним образуется газовая подушка, давление в которой будет больше, чем в остальном объеме газа. Следовательно, газ в этом случае не может быть охарактеризован определенным значением давления р и состояние его будет неравновесным. Однако если прекратить перемещение поршня, то давление в разных точках объема выравняется и газ перейдет в равновесное состояние.
Итак, равновесным состоянием системы называется такое состояние, при котором все параметры системы имеют определенные значения, остающиеся при неизменных внешних условиях постоянными сколь угодно долго.
Если по координатным осям откладывать значения каких-либо двух параметров, то любое равновесное состояние системы может быть изображено точкой на этом графике (см., например, точку 1 на рис. 212). Неравновесное состояние не может быть изображено таким способом, потому что хотя бы один из параметров не будет иметь в неравновесном состоянии определенного значения.
Всякий процесс, т. е. переход системы из одного состояния в другое, связан с нарушением равновесия системы. Следова- Рис. 212.
тельно, при протекании в системе
какого-либо процесса она проходит через последовательность неравновесных состояний. Обращаясь к уже рассмотренному процессу сжатия газа в сосуде, закрытом поршнем, можно заключить, что нарушение равновесия при вдвигании поршня тем значительнее, чем быстрее производится сжатие газа. Если вдвигать поршень очень медленно, то равновесие нарушается незначительно и давление в разных точках мало отличается от некоторого среднего значения р. В пределе, если сжатие газа происходит бесконечно медленно, газ в каждый момент
20*
307
времени будет характеризоваться определенным значением давления. Следовательно, в этом случае состояние газа в каждый момент времени является равновесным и бесконечно медленный процесс будет состоять из последовательности равновесных состояний.
Процесс, состоящий из непрерывной последователь-ности равновесных состояний, называется равновесным. Из сказанного следует, что равновесным может быть только бесконечно медленный процесс, поэтому равновесный процесс является абстракцией.
Равновесный процесс может быть изображен на графике соответствующей кривой (рис. 212). Неравновесные процессы мы будем условно изображать пунктирными кривыми.
Понятия равновесного состояния и равновесного процесса играют большую роль в термодинамике. Все количественные выводы термодинамики строго применимы только к равновесным процессам.
