Основные макроскопические термодинамические величины

Основные макроскопические термодинамические величины [c.33]

Давление p, так же как и температура, является основной термодинамической величиной, или параметром, определяющим макроскопическое состояние тела. [c.9]

Каждый из этих методов обладает определенными преимуществами и недостатками. С формальной точки зрения феноменологическая теория сравнительно более проста. Это позволяет применять ее даже к довольно сложным задачам, которые было бы бесполезно пытаться решить на базе молекулярной теории, например к задаче о рассеянии света многокомпонентной системой. Далее, термодинамика необратимых процессов была развита на основе феноменологической теории флуктуаций. Вместе с тем, применение этого метода по необходимости ограничено задачами, при решении которых малую часть системы можно считать, хотя бы в некотором разумном приближении, макроскопической системой. Следовательно, феноменологическую теорию нельзя применить к рассмотрению задачи о рассеянии в тех случаях, когда длина волны сравнима с молекулярными размерами (рассеяние рентгеновских лучей, нейтронов, электронов) ). Но это еще не столь плохо. Слабость феноменологической теории заключена в ее основных предпосылках. Параметры, описывающие подсистему, можно ввести чисто формальным образом. Однако рано или поздно мы должны отождествить эти параметры с термодинамическими величинами в их обычном понимании, а это, как мы видели в 3, можно сделать только в предельном случае бесконечно больших систем, когда флуктуации, которыми мы интересуемся, пренебрежимо малы. Поэтому необходимо тщательно исследовать вопрос о том, насколько возможно указанное выше отождествление введенных нами параметров с термодинамическими. К обсуждению этой проблемы, [c.79]

Температура — фундаментальная физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. Измерение температуры предполагает построение шкалы температур на основе воспроизведения ряда равновесных состояний — основных реперных (постоянных) точек, которым приписаны определенные значения температур, и создания интерполяционных приборов, реализующих шкалу между ними. [c.172]

Если применить (в первом приближении) к полимерному материалу континуальную модель, в которой дефекты рассматриваются как искажения континуума, обладающего свойствами макроскопического кристалла (модель энергии упругих искажений по Зинеру [258]), то можно из опытов на ползучесть при различных гидростатических давлениях рассчитать основные термодинамические параметры, в том числе и величину активационного объема [c.186]

В тепловых машинах применяется рабочее тело — газ, который при любом взаимодействии с внешней окружающей средой изменяет свое состояние. Физические макроскопические величины, характеризующие состояние рабочего тела, называются термодинамическими параметрами состояния или просто параметрами состоя йия. Основными параметрами состояния являются давление, температура и удельный объем. Эти параметры определяют состояние газа в том случае, когда в любой момент давление и температура, а следовательно, и удельный объем по всей массе будут иметь одно и то же значение. Такое состояние газа называется равновесным. [c.9]

Основное физическое допущение теории Орнштейна — Цернике состоит в том, что параметр определяется локальным структурным порядком в среде, и близость критической точки не влияет на него сколько-нибудь существенно. Однако вблизи этой точки величина 5 (0) может быстро изменяться с температурой и оказаться очень большой. Иначе говоря, высокая сжимаемость среды сопровождается длинноволновыми критическими флуктуациями плотности. Критическая опалесценция, наблюдаемая в оптическом диапазоне, весьма чувствительна, например, к величине показателя степени в температурной зависимости параметра дальнего порядка, что и позволяет использовать ее для его измерения (ср. [1.22]). Этим методом можно также изучать масштаб упорядоченности в жидких кристаллах выше критической точки 6]. Однако из формулы (4.28) следует, что беспорядок на расстояниях, больших лучше рассматривать как макроскопическую неоднородность, возникающую в большом образце, у которого связь локальной структуры с локальной плотностью определяется обычными термодинамическими соотношениями. [c.161]

Не занимаясь попытками дать универсальное определение термодинамических потенциалов, называемых также характеристическими функциями, сразу всех возможных типов, отличающихся друг от друга по своему физическому смыслу, а подчас и по размерности (мы будем поэтому рассматривать их по отдельным фуппам, начиная с п. а) последующего изложения), отметим только, что их основные свойства,, как и их частные определения, основываются на общей для всех дифференциальной форме, выражающей I и И начала термодинамики для квазистатических процессов, и на конкретном для каждого потенциала выборе набора макроскопических параметров, с помощью которых фиксируется термодинамическое состояние равновесной системы. Именно частные производные потенциалов по этим параметрам определяют все интересующие нас в рамках квазистатической теории характеристики системы, а их приращения — работу системы и соответствующие тепловые эффекты. Так как упомянутая дифференциальная форма Записана нами в терминах полных дифференциалов используемых величин (см., например, 4, п. г)), то вводимые с ее помощью характеристические функции автоматически оказываются однозначными функциями термодинамического состояния системы (что и оправдывает использование для них термина потенциалы ). [c.64]

Полагая теперь, что система выделена воображаемыми стенками (тоже достаточного формальный прием, идеализирующий реальную ситуацию) и что число частиц N, попадающих в фиксированный этими стенками объем V, независимой термодинамической переменной служить не может, мы вынуждены прибегнуть к услугам термодинамически сопряженной по отношению к величине — химическому потенциалу ц. Более того, теперь и величина ё тоже не может служить удобной макроскопической переменной, как в 3. Действительно, желая отказаться для энтропии 5 = 8(ё, X, Н) от переменной N в пользу ц мы неизбежно должны отказаться от услуг ё в пользу величины так как очевидно, что основное термодинамическое дифференциальное соотношение для энтропии, выражающее П начало термодинамики для квазистатических процессов [c.54]

Основная задача статистической механики состоит в обосновании и выводе законов термодинамики, а также в вычислении термодинамических функций для данных молекулярных моделей. При этом мы имеем дело со средними или наиболее вероятными значениями рассматриваемых величин. Однако с формальной точки зрения применение статистических методов требует исследования также и возможных отклонений от средних величин, которые в физике называются флуктуациями. Оказывается, что эта область исследования, помимо ее чисто формального значения, представляет также и большой физический интерес. Действительно, глубокое понимание макроскопических свойств вещества невозможно без учета роли флуктуаций. Вместе с тем флуктуации лежат в основе многих наблюдаемых на опыте физических явлений, интересных с самых различных точек зрения. [c.36]

Таким образом, мы показали, что расчет термодинамического потенциала (т. е. такой величины, которая содержит, как мы уже отмечали, всю в рамках термодинамического подхода информацию о системе) в макроскопической теории основывается на задании (произведенном извне) макроскопических же уравнений состояния, т. е. соотнощений, по идее тоже определяемых с помощью термодинамического потенциала, что сводит эффективность метода термодинамических потенциалов до уровня, не превышающего возможностей переформулированной теории. В следующем разделе курса мы увидим, что основные методы определения термодинамических потенциалов (так сказать, нетривиальные , т. е. не вращающиеся в кругу однородных макроскопических понятий уравнение состояния->потенциал уравнение состояния) — это методы статистической механики, в которой система задается не с помощью уравнений состояния, а уже на микроскопическом уровне (т. е. как в механике). [c.92]

Перейдем теперь к рассмотрению основной задачи данной главы для статистической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия, надо определить структуру смешанного состояния ге>п , т. е. ввести распределение по микроскопическим состояниям так, чтобы средние, вычисляемые с его помощью, соответствовали бы наблюдаемым макроскопическим величинам, т. е. тем, которые фигурируют в соотношениях квазистатической макроскопической термодинамики. Имеется ряд вариантов эквивалентных и в термодинамическом смысле, и по построению. В этом и двух следующих параграфах мы рассмотрим три из них, из которых два последних наиболее употребительны на практике, а при рассмотрении первого наиболее четко выявляются основные принципы равновесной статистической механики. [c.287]

Термодинамика поверхностных слоев представляет собой чрезвычайно интересный предмет исследования. Гугенхейм [20], Гиббс [18], а также Модель и Рид [38] разработали теории поверхностного натяжения, которые значительно отличаются одна от другой, но приводят к аналогичным уравнениям, связывающим макроскопически измеряемые величины. В дополнение к термодинамическому аспекту опубликованы [1, 2, 3, 7, 49] исследования физики и химии поверхностных слоев. Эти вопросы здесь не рассматриваются. Основное внимание в данной главе уделяется нескольким имеющимся надежным методам расчета ст (как на основе полутеоретических, так и эмпирических уравнений). [c.513]

Техническая термодинамика, основные по южения которой изложены в предыдущих главах, является одним из разделов макроскопической физики и описывает изучаемые объекты в рамках четырех-ме-рного пространства — времени. Энергия и вещество принимаются при этом в виде непрерывных функций величин, определяющих вещество, характеризуют его только в целом и не имеют смысла в применении к отдельным частицам, составляюни1м это вещество К числу таких величин относятся давление, температура, объем и др. Термодинамические методы исследования тепловых процессов наглядны и дают достаточно достоверные результаты, подтверждаемые многочисленными опытами. [c.424]

Согласно теоретическим представлениям Бриджмена—Новикова—Зее-гера [170—172], ПД твердых тел является термодинамически неравновесным процессом. Она характеризуется конечным набором измеряемых макроскопических параметров и "историей" нагружения и может рассматриваться как диссипативное состояние. Это обстоятельство отмечается в работе [54] при рассмотрении явления сверхпластичности металлов. С точки зрения термодинамики, ПД является сугубо необратимым процессом [172, 173]. Последнее утверждение обосновывается в [171] при рассмотрении отношения энергии запасенной в процессе ПД, к механической работе W, затраченной на деформацию образца. Для ГЦК-кристаллов, продеформированных до начала II стадии упрочнения, указанное отношение составляет величину 0,07 0,01, не зависящую от кристаллографической ориентации оси растяжения [171]. Так как основной вклад в [c.101]

Тематика первой части Курса, достаточно подробно отраженная в оглавлении, естественным образом распадается на два больших раздела ) макроскопическую термодинамику и статистическую механику равновесных систем. Благодаря тому что на физическом факультете удалось спланировать учебный Ьроцесс так, что часть обязательного материала,переносится на семинарские занятия, которые проводятся по единой системе заданий, то, как правило, первые 7-8 лекций этого курса (осенний семестр включает обычно до 22 лекций) посвящены макроскопической термодинамике (ей же посвящается более трети всех семинарских занятой), а затем уже читается равновесная статистическая механика, представляющая основной материал этого семестра. Автор отказался от возможности объединить оба раздела (тома. — Прим. ред.), растворив материал первого во втором, чтобы не сог здавать иллюзии, что макроскопическая теория имеет характер предварительного введения, формулировки и положения которого в дальнейшем при рассмотрении микроскопической теории будут переосмысливаться, уточняться и т.д. Напротив, в этой части закладываются те основные и общие представления теории, без понимания которых развитие микроскопической теории было бы просто невозможным. К таким понятиям следует отнести в первую очередь понятие термодинамической системы с ее особенностями, понятие равновесного состояния такой системы и его свойств, понятия температуры, энтропии, химического потенциала (т. е. величин, не имеющих аналогов в механике) и т.д., наконец, основные Качала термодйг намики, которые и в микроскопической теории сохраняют свое аксиоматическое значение. Следует отметить, что сама аксиоматика макроскопической термодина- МИКИ за прошедшие полтораста лет настолько обговорена и продумана что ее внутренняя органическая взаимосвязанность (речь идет о квазистатической теории) стала служить примером логического построения теории (после, конечно, теоретической механики). Особо отмечая эту ее особенность, Анри Пуанкаре заметил, что в термодинамике нельзя сделать ни малейшей бреши, не разрушив всего ее здания (Н. Poin are, 1911). [c.7]

Метод, связанный с использованием термодинамических потенциалов, — это общепринятый в настоящее время язык макроскопической теории, в ряде задач очень удобный, а подчас и элегантный, в идейном отношении полностью эквивалентный старым методам, основанным на реализации профамм а), б) и т.д., изложенных в 4, эффективный при рассмотрении проблем равновесия (в тЬм числе фазовых) и устойчивости (см. 6) и, наконец, перспективный в том смысле, что он нацеливает следующий раздел теории статистическую механику — именно на расчет соответствующего термодинамического потенциала, а не какой-либо иной величины, получающейся с его помощью по стандартным формулам. В этом параграфе мы изложим сначала общую схему метода, связанного с использованием термодинамических потенциалов в равновесной теории, а затем в качестве иллюстраций рассмофим две достаточно интересные физические проблемы, перенеся основную часть стандартных задач во вторую часть настоящей главы. [c.64]

Заметим сразу, что в макроскопической термодинамике свободная энергия и все ее части рассчитываются (см. 5, п. г)) с помощью задаваемых как правило феноменологических уравнений состояния. Настоящий же расчет величин /о, f, и /о в принципе может быть осуществлен методами микроскопической теории, но и то лишь при определенных предположениях и в оговоренных приближениях. Эти расчеты очень трудны и составляют одну из основных и в то же время самых сложных проблем статистической физики неиДеальных систем (см. том 2, гл. 3). Не располагая ни соответствующими уравнениями состояния, ни готовыми результатами статистических расчетов, мы, таким образом, имеем в качестве исходного моментв только общую структуру зависимости свободной энергии Bf от термодинамических параметров, определяющих состояние двухкомпонентной системы. [c.213]

Перейдем теперь к рассмотрению основной задачи данной главы для статистической сйстемы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия, надо определить структуру смешанного состояния to , т.е. ввести распределение по микроскопическим состояниям v так, чтобы средние, вычисляемые с его помощью, соответствовали бы наблюдаемым макроскопическим величинам, т. е. тем, которые фигурируют в соотношениях квазистатической макроскопической термодинамики. Имеется ряд вариантов ги , эквивалентных и в термодинамическом смысле, и по построению. В этом и двух следующих парафафах мы рассмотрим три из них, из которых два последних наиболее употребительны на практике, й при рассмотрении первого наиболее четко выявляются основные принципы равновесной статистической механики. Все эти распределения принадлежат Джосайе Вилларду Гиббсу (J.W. Gibbs) и носят его имя. Он ввел их в 1901-1902 гг., когда никакой квантовой механики человечество еше не знало (она появилась 25 лет спустя), но идеи, которые он вложил в эти распределения, оказались обшими и совершенно нечувствительными к типу микроскопической теории. Мы сразу проведем наше рассмотрение на квантовом уровне, а затем отдельно совершим переход к классическому варианту описания микроскопических состояний и соответственно к классической статистической механике. [c.31]

Остановимся, наконец, на введении еще одного, третьего из основных статистических формализмов, связанного с выделением рассматриваемой системы с помошью воображаемых стенок, т.е. с выбором в качестве независимых термодинамических переменных величин 9, х, ц (х = У, о). Несмотря на то что такой выбор в термодинамическом смысле соверщенно эквивалентен сделанному в 3 или 4, все же фиксация химического потенциала fl как независимой макроскопической переменной на первый взгляд не представляется удачной, так как практически не существует приборов типа / -метров , непосредственно измеряющих этот параметр. Однако такой выбор означает отказ от точной (в микроскопическом смыСле) фиксации числа частиц, а именно это в целом ряде задач (особенно при рассмотрении квантовых систем из одинаковых частиц, см. гл. 2 данного тома) существенно упрощает рассмотрение, так что дополнительная проблема пересчета уже готовых результатов от переменных 9, х, (1 к переменным , х, N представляется в идейном отнощении просто элементарной (такой пересчет осуществляется исключительно методами одной термодинамики). [c.53]

Один из основных признаков рассматриваемых нами систем, проходящий как лейтмотив почти через все наши исследования и существенно сказывающийся на многих свойствах этих систем, — это их обязательная многотельность. В частности, это уже привело нас в томе 1 к выводу, что способ выделения равновесной системы многих тел из окружающей среды не отражается ни на каких термодинамических ее свойствах. Иными словами, имея в виду совершение предельной статистической процедуры над всеми фигурирующими в теории выражениями для микроскопических величин, мы можем не принимать во внимание граничных условий (т. е. конкретного устройства стенок, офаничивающих систему), вносящих асимптотически слабые поправки к основным результатам. Мы используем эти соображения в данном парафафе по отношению к статистическому весу Г , х, М) или энтропии системы 5 = 1пГ, т.е. к числу микроскопических состояний, которыми осуществляется задаваемое любым из возможных термодинамически эквивалентных способов макроскопическое состояние рассматриваемой системы. [c.54]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...