Общий курс физики термодинамика и молекулярная физика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
5. Мы изучаем молекулярную физику после классической механики. В этом содержится известная научно-педагогическая трудность. Молекулярная физика должна основываться на законах, которым подчиняются атомы и молекулы. Это законы квантовой механики, которые будут изучаться нами позднее. Без знания этих законов полное и строгое изложение современной молекулярной физики невозможно. Тем не менее, мы излагаем молекулярную физику после классической механики, и вот почему. Широкий круг макроскопических явлений обусловлен не столько деталями строения атомов и характером управляющих ими законов, сколько необычайно большим числом самих атомов в макроскопических системах. При изучении такого рода явлений знание квантовой механики не всегда обязательно. Правда, молекулярная физика, построенная на основе классической механики, охватывает не весь диапазон экспериментальных фактов. Квантовая природа атомов и молекул рано или поздно даст о себе знать, например, в вопросах о тепло-
ВВЕДЕНИЕ
13
емкости тел или в явлениях вблизи абсолютного нуля температуры. Но в этих случаях, по крайней мере для понимания самого основного и существенного, достаточно небольших предварительных сведений из квантовой физики, которые можно сообщить в ходе изложения. Систематическое же изложение квантовой механики, хотя бы и в элементарной форме, непосредственно после классической механики педагогически не оправдано. Начинающий должен ознакомиться с широким кругом экспериментальных фактов, которые одни только могут по-настоящему убедить его в недостаточности классических представлений и необходимости введения представлений квантовых.
6. Изложению феноменологической термодинамики необходимо предпослать следующее замечание. Физики 18-го и отчасти первой половины 19-го века рассматривали теплоту как особое невесомое вещество, содержащееся в телах. Оно не может быть ни создано, ни уничтожено. Это гипотетическое веігество называлось теплородом. Нагревание тел объяснялось увеличением, а охлаждение — уменьшением содержащегося внутри них теплорода. Теория теплорода несостоятельна. Она не может объяснить простейшие явления, например, нагревание тел при трении. Нет необходимости рассматривать эту теорию. Мы упомянули о ней только потому, что терминология, употребляющаяся в учении о теплоте, исторически сложилась под влиянием теории теплорода. Основным понятием теории теплорода было количество теплоты. С точки зрения этой теории оно само собой понятно и не нуждалось в определении. Этим понятием пользуются и теперь, хотя оно неудачно, так как с ним ассоциируется неправильное представление о физической природе теплоты. Терминология всегда более живуча, чем физические представления, сменяющие друг друга. Физикам сплошь и рядом приходится пользоваться не вполне рациональной исторически сложившейся терминологией. Особо большой беды в этом нет, если только каждый термин понимать в смысле данного ему точного определения и не связывать с ним никаких представлений, которые не вытекают из этого определения. В учении о теплоте нет ничего более опасного, как отнести количество тепла к числу первоначальных понятий, не требующих определения. Термином «количество теплоты» можно пользоваться только при условии, что ему дано ясное и четкое определение, никак не связанное с представлениями теории теплорода. То же относится к таким понятиям, как теплоемкость, скрытая теплота и пр., которые наука получила в наследство также от теории теплорода.
ГЛАВА I ТЕМПЕРАТУРА
* *
§ I. Температура и термодинамическое равновесие
1. Понятие температуры вводится для характеристики различной степени нагретости тел. Представление о температуре, как и представление о силе, вошло в науку через посредство наших чувственных восприятий. Наши ощущения позволяют различать качественные градации нагретости: теплый, холодный, горячий и пр. Однако количественная мера степени нагретости, пригодная для науки, не может быть установлена с помощью чувственных восприятий. Ощущения субъективны. В зависимости от состояния руки одно и то же тело на ощупь может казаться либо теплым, либо холодным. Погрузим, например, одну руку в горячую, а другую в холодную воду и подержим их там в течение некоторого времени. Затем обе руки опустим в воду с комнатной температурой. Тогда первая рука почувствует холод, а вторая тепло. Все испытывали неприятное ощущение холода при медленном вхождении в холодную воду во время купания, быстро исчезающее и сменяющееся чувством бодрости и удовольствия после того, как в результате полного погружения в воду тело купающегося немного охладится. Чувственная оценка температуры сильно зависит от теплопроводности тела. Например, при оценке на ощупь металлические предметы в комнате кажутся холоднее деревянных. Если же их нагреть до одной и той же температуры, превышающей температуру руки, то соотношение будет обратным. Чувственная оценка температуры применима только в весьма узком температурном интервале. Она не годится в случае очень горячих и очень холодных тел. Ничего хорошего не получится при попытке определить на ощупь степень нагретости расплавленного железа или жидкого воздуха.
