ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Макроскопические параметры и макроскопические состояния из "Элементы статистической механики, термодинамики и кинетики " Различные макроскопические объекты могут состоять, таким образом, из частиц совершенно различной природы и обладать различными свойствами. Опыт показьшает, однако, что в их поведении существует целый ряд общих черт. Это и позволяет изучать их единым методом. Мы познакомимся сейчас с этими общими свойствами макроскопических систем и заодно введем несколько простей-пшх понятий и определений. [c.9] Прежде всего все макроскопические объекты способны принимать участие в тепловых процессах и, стало быть, обладают общим свойством иметь определенную температуру. Правда, мы с вами еще не знаем точно, что такое температура. Мы поймем это чуть позже. Пока нам достаточно просто знать, что этакое — существует, что кипящая вода горячее тающего льда. [c.9] Совокупность макроскопических величин, характеризующих систему, есть индикатор ее макроскопического состояния. Само это понятие— состояние —является в физике первичным, и ему невозможно дать словесного определения. В разных ситуациях мы вкла-дьтаем в это понятие различное содержание. Но можно описать состояние количественно, задавая определенные значения тех физических величин, которые характеризуют свойства объекта. Самое существенное при этом—понять какие величины необходимы для такого описания. Но это уже вопрос к эксперименту, т.е. в конечном счете—к нашим органам чувств. [c.10] Таким образом, чтобы задать макроскопическое состояние, нужно зафиксировать значения относящихся к системе макроскопических параметров. Существенно, что при этом нет нужды заботиться о задании всех мыслимых макроскопических величин. Оказывается, достаточно зафиксировать только часть из них, сколько именно — зависит от того, что за состояние мы хотим задать. А остальные тогда сами примут значения, характерные для этого состояния. Если мы зададим, например, объем, число частиц и температуру газа, все остальные его характеристики давление, внутренняя энергия, теплоемкость и т.д. рано или поздно примут вполне определенные значения. [c.10] Это значит, иными словами, что между различными макроскопическими величинами существуют функциональные связи, изучение которых—экспериментальное и теоретическое — составляет одну из задач статистической физики. [c.10] ЖИДКОСТИ В сосуде, возникшее после перемешивания, со временем прекращается. И все это—без каких-либо усилий со стороны. [c.11] Состояние является равновесным, если его можно изменить, только воздействуя на систему извне. Состояние является неравновесным, если оно изменяется, кроме того, и самопроизвольно. Для изолированной системы эти состояния различаются тем, что равновесное остается неизменным, пока система изолирована, а неравновесное со временем изменяется. Что же касается неизолированных систем, то их равновесное состояние может меняться, — когда меняются внешние условия, а неравновесное — оставаться неизменным, если внешние воздействия компенсируют результат самопроизвольного изменения. Примером такого стационарного неравновесного состояния может служить состояние стержня, различные концы которого поддерживаются при различных температурах. [c.11] Поэтому о равновесности или неравновесности состояния неизолированных систем нельзя судить непосредственно по его временнб-му поведению. В этом случае, чтобы выяснить, каким является состояние, нужно устранить внешние воздействия, т.е. изолировать систему от ее окружения. Если после этого в системе начнутся самопроизвольные изменения, значит, она находилась в неравновесном состоянии. Если же ничего не будет происходить, значит, состояние было равновесным. В частности, неравновесность состояния неоднородно нагретого стержня, о котором шла речь выше, проявляется в том, что если изолировать его от нагревателей, температура различных его участков начнет выравниваться. [c.11] Параметры первого типа назьтают интенсивными. К ним относятся, например, температура, давление и плотность числа частиц, т.е. число частиц, содержащихся в единице объема. Параметры второго типа называют экстенсивными. К ним относятся, например, внутренняя энергия, объем и само число частиц. [c.12] Между экстенсивными и интенсивными макроскопическими параметрами нет непроходимой пропасти. Величина любого экстенсивного параметра, отнесенная к одной частице, приобретает смысл интенсивной макроскопической величины. Так, средняя энергия частиц и = Е/М, где Е—полная энергия системы, а число частиц в ней, в отличие от истинной энергии частицы в, является не микроскопической величиной, а интенсивным макроскопическим параметром. Точно так же плотность числа частиц п = N/V есть просто обратная величина отнесенного к одной частице объема системы V. И так далее. [c.12] Таким образом, равновесное состояние характеризуется единственными значениями интенсивных макроскопических величин, общими для всей системы. В неравновесных же состояниях какие-то интенсивные параметры будут непременно различными в разных частях системы. И чем больше их значения отличаются друг от друга, тем более неравновесным будет состояние. [c.12] Этот самопроизвольный и необратимый переход изолированных систем в состояние термодинамического равновесия есть, пожалуй, самое фундаментальное общее свойство всех макроскопических объектов. [c.12] Мы увидим, что, оформленное количественно, оно составляет содержание второго закона термодинамики. [c.12] Вернуться к основной статье