ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Исходные положения термодинамики и их обсуждение из "Термодинамика и статистическая физика " Физика изучает закономерности наиболее простых форм движения (механического, теплового, электромагнитного и др.) соответствующих структурных видов материи. Общая мера этих форм движения при их превращении из одной в другую называется энергией. [c.15] Система, не обменивающаяся с внешними телами ни энергией, ни веществом (в том числе и излучением), называется изолированной. [c.15] В термодинамике постулируется, что у изолированной системы существует состояние термодинамического равновесия, в которое она приходит с течением времени и из которого никогда самопроизвольно выйти не может (первый, или основной, постулат термодинамики). [c.15] Являясь результатом обобщения опыта, это первое исходное. положение термодинамики, справедливое для изолированных систем, может быть названо общим началом термодинамики , так как является основой всей термодинамики и определяет рамки ее применимости. [c.15] Вероятностное поведение макроскопических систем, состоящих из громадного числа механически движущихся частиц, является характерной особенностью теплового движения, качественно отличающей его от классического механического движения с присущей ему однозначностью. Наличие огромного числа частиц в термодинамических системах обусловливает второстепеиность механических закономерностей движения отдельных частиц и возникновение закономерностей их совокупного, массового движения. Принимая основной (первый) постулат, термодинамика, таким образом, ограничивает себя, исключая из рассмотрения системы, для которых равновесное состояние невозможно (процессы в таких системах не завершаются наступлением равновесия), а также все явления, связанные с большими самопроизвольными отклонениями системы от равновесного состояния. [c.16] Основанием для принятия общего начала термодинамики является то, что, как показывают опыт и статистическая физика, относительные спонтанные отклонения макроскопической системы от равновесия при других равных условиях тем меньше, чем больше частиц в системе. Так как термодинамические системы состоят из громадного числа частиц N (iV—lO ), то флуктуациями в большинстве случаев можно пренебречь, что и делается в термодинамике. [c.16] В тех же случаях, когда флуктуации существенны, термодинамический подход становится неправомерным и необходимо статистическое рассмотрение. При этом обнаруживается несогласованность выводов термодинамики и статистической физики, которая обусловливается ограниченностью и относительностью первого исходного положения термодинамики. Уяснение этого обстоятельства показывает, что термодинамическое и статистическое рассмотрения макроскопических систем не исключают, а дополняют друг друга. [c.16] Следовательно, состояние термодинамического равновесия системы определяется не только ее внешними параметрами а,-, но и еще одной величиной t, характеризующей ее внутреннее состояние. Значения t при тепловом контакте различных равновесных систем в результате обмена энергией становятся для них одинаковыми как при продолжающемся тепловом контакте, так и после его устранения . [c.17] Свойство транзитивности состояний термодинамического равновесия позволяет сравнив зть значения величины t у разных систем, не приводя их в непосредственный тепловой контакт между собой, а пользуясь одним каким-либо другим телом. Эта величина, выражающая состояние внутреннего движения равновесной системы, имеющая одно и то же значение у всех частей сложной равновесной системы независимо от числа частиц в них и определяемая внешними параметрами и энергией, относящимися к каждой такой части, называется температурой. Будучи интенсивным параметром, температура в этом смысле является мерой интенсивности теплового движения. [c.17] Изложенное положение о существовании температуры как особой функции состояния ]эавновесной системы представляет второе исходное положение термодинамики. Его иногда называют нулевым началом , так как оно, подобно первому и второму началам, определяющим существование некоторых функций состояния, устанавливает существование температуры у равновесной системы. [c.17] Температура, как мы видим, является термодинамически равновесным параметром, так как существует только у термодинамически равновесных систем, притом у таких, части которых не взаимодействуют друг с другом (т. е. энергия взаимодействия частей много меньше их собственных внутренних энергий), так что-энергия системы равна сумме энергий ее частей. Следовательно, согласно второму исходному положению термодинамики энергия термодинамических систем является аддитивной функцией. Большие гравитирующие системы не являются поэтому термодинамическими, так как для них принцип аддитивности энергии не выполняется вследствие дальнодействующего характера гравитационных сил. [c.17] Таким образом, в то время как первое исходное положение термодинамики приводит к нижнему пределу ее применимости — -системе с малым числом частиц, второе ее исходное положение ограничивает применение термодинамики к реальным системам сверху, поскольку для систем галактических размеров это положение не имеет места. [c.18] Положение о существовании температуры может быть сформулировано также следующим образом. В 1 мы установили, что равновесное состояние термодинамической системы характеризуется внешними и внутренними параметрами, причем внутренние параметры зависят от положения и движения молекул системы и значений внешних параметров. Положение же о существовании температуры устанавливает, что состояние термодинамического равновесия определяется совокупностью внешних параметров и температурой. [c.18] Следовательно, внутренние параметры хотя и характеризуют состояние системы, но не являются независимыми параметрами равновесной системы. [c.18] Таким образом, все равновесные внутренние параметры системы являются функциями внешних. параметров и температуры (второй постулат термодинамики). [c.18] Так как энергия системы является ее внутренним параметром, то при равновесии она будет функцией от внешних параметров и температуры. Выражая с помощью этой функции температуру через энергию и внешние параметры, второе исходное положение термодинамики можно сформулировать также в следующем виде при термодинамическом равновесии все внутренние параметры системы являются функциями внешних параметров и энергии . [c.18] Второе исходное положение термодинамики позволяет определить изменение температуры тела по изменению какого-либо его внутреннего параметра, на чем основано устройство различных термометров. [c.18] Для установления того, какая температура больше, а какая — меньше, вводится дополнительное условие считается, что при сообщении телу энергии при постоянных внешних параметрах его температура повышается. Такое дополнительное условие для уточнения понятия температуры означает, что для внутренней энергии системы можно выбрать монотонно возрастающую функцию температуры это действительно возможно вследствие вытекающей из опыта единственности распределения энергии по частям системы и одновременного роста энергии частей при увеличении общей энергии системы ( ). [c.18] Эмпирической температурой тела называют установленную-опытным путем меру отклонения термодинамического состояния тела от состояния теплового равновесия с тающим льдом, находящимся под нормальным атмосферным давлением. [c.19] Показания двух термометров с различными термометрическими веществами, вообще говоря, никогда не совпадают, кроме как при 0°С и 100° С, поэтому такое определение температуры как объективной меры интенсивности теплового движения является произвольным. [c.19] Вернуться к основной статье