ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Принцип необратимости из "Макроскопическая необратимость и энтропия Введение в термодинамику " Единственное специфическое свойство термодинамических систем, с которым мы до сих пор сталкивались, это существование у них скрытых движений. Все остальное — существование энергии, способность совершать работу и т. д. — для термодинамических систем не характерно. И если бы у них не было больше никаких общих и специфических для них свойств, не было бы никакой термодинамики. [c.23] Однако в поведении термодинамических систем ярко проявляется одна закономерность, резко отличающая их от механических. Движение термодинамических систем необратимо во времени. Это утверждение требует пояснений. [c.23] Когда в какой-либо системе механическое движение не превращается в скрытое (а так часто бывает, например, при движении твердых тел, если трение слабо и действующие на систему силы создаются неподвижными телами), механическое движение не обнаруживает стремления к прекращению или к какому-либо предельному движению. Зная конфигурацию и скорости системы в любой момент, можно восстановить всю прошлую историю системы, шаг за шагом вычисляя ее предшествующие конфигурации и скорости. Это прошлое системы можно даже в точности воспроизвести на практике в обратном порядке. Если, сохранив конфигурацию, придать частицам системы обратные скорости, то она начнет двигаться, проходя в обратном порядке все свои прошлые состояния. Чисто механическое движение обратимо во времени. [c.23] Оказывается, что в указанных условиях все термодинамические системы обнаруживают стремление к некоторому предельному состоянию с течением времени все видимые движения затухают, т. е. превращаются в скрытые, а эти скрытые движения также в конце концов становятся такими, что в системе прекращаются всякие видимые изменения. Наконец наступает состояние полного макроскопического покоя, и в нем система, если ее не трогать, остается неопределенно долго. Только пристальное наблюдение обнаруживает в системе полу-микроскопические движения, имеющие характер случайных колебаний (флуктуаций) около неподвижного состояния. [c.24] Нет необходимости приводить примеры. Поскольку это явление столь часто происходит и так бросается в глаза, долгое время думали, что всякое движение, не поддерживаемое внешними силами, необходимо прекращается. Действительно, механическое движение всегда прекращается, так как оно обязательно связано с термическим. Термическое же движение, как мы теперь знаем, хотя и не прекращается, но стремится к предельному движению, при котором никаких макроскопических изменений не заметно. [c.24] Замечательно то, что в предельном состоянии макроскопического покоя нельзя уловить никаких следов прошлой истории системы. Конечно, полная энергия системы в предельном состоянии такая же, какой была в любой момент ее предшествующей истории. Но что бы ни происходило в системе (при данной энергии) в начальный момент, ее предельное состояние будет одним и тем же. В предельном состоянии исчезает всякое воспоминание о предыдущей истории системы и все прошлое поглощается в наступающем в конце концов покое. Говорят, что в предельном состоянии система достигает термодинамического равновесия. [c.24] В стремлении к равновесию и проявляется необратимость движения термодинамических систем. Совершенно ясно, что неизменность внешних условий и ограниченность в пространстве несущественны для необратимости и нужны только для того, чтобы необратимость могла проявиться полностью и предельное состояние могло быть достигнуто. Само же стремление к предельному состоянию как характерное свойство движения термодинамических систем остается и тогда, когда внешние условия меняются. В каждое мгновение система будет стремиться к тому равновесному состоянию, которое получилось бы, если бы изменение внешних условий прекратилось. Стремление, или тенденция, к переходу в равновесие существует в любой момент. Нелегко указать, в чем состоит эта необратимость в общем случае. [c.24] для термодинамических систем имеет место принцип макроскопической необратимости, который можно сформулировать сле-дуюш,им образом. Всякая термодинамическая система, замкнутая неподвижными механическими системами в ограниченной области пространства, с течением времени рано или поздно сама собой переходит в некоторое предельное состояние, в котором она затем остается неопределенно долго. В предельном состоянии (или состоянии равновесия) нет никаких видимых изменений, в частности нет механического движения. Состояние равновесия однозначно определяется значениями внешних механических параметров и энергией системы. [c.25] Рассмотрим теперь ближе понятие предельного состояния. Когда его называют равновесным, хотят подчеркнуть кажуш,уюся неподвижность этого состояния. Тот факт, что эта неподвижность действительно только кажуш,аяся, резко отличает термодинамическое равновесие термических систем от механического равновесия. При механическом равновесии все на самом деле неподвижно, тогда как при термодинамическом равновесии скрытые движения не прекраш,аются. Поскольку резкой границы между видимыми и скрытыми движениями провести нельзя, следует заключить, что покой термодинамического равновесия только кажуш,ийся даже с макроскопической точки зрения легко наблюдать флуктуации, т. е. очень мелкие, однако вполне видимые движения, в находяш,ейся в термодинамическом равновесии системе. Например, в спокойном газе меняется плотность, так что в каждом месте газ то уплотняется, то разрежается последнее очень заметно по рассеянию света на этих местных уплотнениях и разрежениях. [c.25] Казалось бы, вообш,е нельзя говорить о предельном состоянии, раз оно все время меняется. Однако что вообще следует называть состоянием Если переносить на сложные термические системы принятые в механике представления, следовало бы сказать, что состояние — это определенные положения и скорости всех атомных частиц. В таком случае предельное состояние термической системы нельзя было бы назвать состоянием, поскольку положения, и скорости атомных частиц в ней все время меняются. Однако такой перенос незаконен хорошо известно, что у атомных частиц нет определенных положений и импульсов. И то, и другое — вещи, относящиеся не к частицам самим по себе, а к частицам вместе с их окружением, вследствие чего положение и импульс становятся определенными только в связи с некоторым внешним воздействием. [c.25] С принципа необратимости и начинается собственно термодинамика. Замечательна обш,ность этого принципа тенденция к переходу в равновесие есть у всякой сложной (термодинамической) системы, каковы бы ни были ее индивидуальные особенности. Поэтому следствия из принципа необратимости универсальны для всех сложных систем и специфичны для них. Исследование таких общих для больших систем закономерностей и составляет задачу термодинамики. [c.26] Вернуться к основной статье