makroszkopikus paraméterek
Molekuláris fizika és termodinamika
Statisztikai módszerek és termodinamikai
A modern elképzelések bármely makroszkopikus szerv vagy a rendszer áll a hatalmas számát mikrorészecskék (atomok, molekulák vagy ionok), amelyek a folyamatos mozgás. Például, 1 cm3 normál körülmények között gázok tartalmaz körülbelül 3 × 19 okt molekulák, mint a folyadék és szilárd anyagok - körülbelül 10 22-molekulák. Állapotának leírására a fizikai tulajdonságai, például makró kell írni egy nagyon nagy számú egyenlet klasszikus vagy kvantumfizika megoldani, és elemezni, hogy milyen technikailag lehetetlen feladat. Ezen kívül vannak olyan fizikai oka a irracionalitás ezt a megközelítést. Még ha tudtuk, hogy leírja a mozgás az egyes részecskék, ez nem lenne lehetséges, hogy információt kapjunk a viselkedését a szervezetben. Megközelítés a megoldás az ilyen problémákra különbözőnek kell lennie.
Fizikai tulajdonságai makroszkopikus rendszerek által vizsgált két egymást kiegészítő módszerek Statisztikai és termodinamikai.
A statisztikai módszer alapja egy valószínűségi megközelítés a tanulmány a törvényszerűségek felmerülő makroszkopikus rendszerekben mikrorészecskék. Elegendően nagy számú részecske rendszer kezdenek megjelenni az új törvények, az úgynevezett statisztikai. Rendszer jellemzők ebben az esetben nem is annyira az egyes tulajdonságait a mikrorészecskék az interakciók természetét és az átlagértékeket a dinamikus jellemzők (mikroparamétert): átlagsebesség, átlagos energia, stb Egyensúlyi körülmények között, ezek a mikroszkopikus paraméterek átlagában, a nagy számú részecskét, nem változnak, és alapul szolgálhat objektív jellemzői a rendszer állapotát. § A fizika, ahol a statisztikai tulajdonságait az eljárás azt vizsgálja makroszkopikus rendszerek úgynevezett statisztikus fizika. A fő cél az, hogy létrehozza a statisztikus fizika törvényei viselkedés anyag alapján a tudás a viselkedés mikrorészecskék törvények (molekulák, atomok, ionok, fotonok, stb), az azt alkotó. Statisztikus fizika alapul valószínűségi képviseletét a tulajdonságait a mikrorészecskék és a használatát a különböző típusú statisztikai eloszlása, a legfontosabb az, amely a forgalmazása Gibbs és Boltzmann.
Termodinamikai módszer. ahol a belső szerkezet nem tekinthető vizsgálták szervek és jellege a mozgás a mikrorészecskék alapján a tanulmány különféle fizikai jelenségek segítségével makro paraméterek és állami funkciók, és eredendően fenomenológiai módszer. § Fizika, ahol a makró segítségével vizsgálták termodinamikai módszerrel úgynevezett termodinamika. A fő feladata a termodinamika így áll közötti kapcsolatok kialakítására a fizikai mennyiségek jellemző az állam és az állapotváltozás a termodinamikai rendszer. Termodinamika, amely két tapasztalati törvények, valamint a termikus tétel Nernst vagy harmadik főtétele. Együtt egyszerűség és áttekinthetőség kedvéért termodinamikai módszer jelentős hátránya, hogy a belső mechanizmus is megoldatlan jelenségek. A termodinamika, mint általában, egy értelmetlen kérdés, hogy „miért”? Például, ha mi meg a termodinamikai módszer, amely húzó réz rúd lehűtjük, és a gumi - melegítjük, a fizikai mechanizmus tisztázatlan. Ugyanakkor, a statisztikai módszer megoldja ezt és még sok más oldhatatlan keretében termodinamikai módszer céljai: a visszavonását állam egyenletek makroszkopikus rendszerek leírása transzport jelenségek, néhány sugárzás kérdéseket. Végül egy statisztikai módszer szigorú alapot a termodinamikai törvények, és lehetővé teszi, hogy meghatározzák az alkalmazhatóságuk. Így a termodinamikai és statisztikai módszerek szorosan összefügg, és ezért van értelme beszélni egyetlen statisztikai termodinamika. Meg kell jegyezni azonban, hogy a levont következtetések a jövőben csak akkor érvényes, rendszerekhez, amelyek elegendően nagy a részecskék száma.
Termodinamikai rendszer - több makroszkopikus testek (mezők részecskék) cserélhet energiát, mind egymás között, valamint a külső környezettel. Nyílt termodinamikai rendszer egy olyan rendszer, amely cserék számít a külső környezettel. Egy tipikus példa az ilyen rendszerek az élő szervezetekre. A zárt termodinamikai rendszer nem tud kommunikálni a külső környezet anyag. Termodinamikai rendszer neve izolált. ha nem kommunikál a külső környezet minden olyan anyag vagy energia. Zárt termodinamikai rendszer nevezhető rendszer, nem cserélnek energiát a környezet mechanikai úton (a mechanikai munkát végeztetnek). Termodinamikai rendszer lesz az úgynevezett adiabatikus. hacsak nem cserél energiát a külső közeg hőcserélő.
Termodinamikai paraméterek (állami makroszkopikus paraméterek) a rendszer az úgynevezett fizikai mennyiségek jellemző termodinamikai állapotát az egész rendszer (nyomás, hőmérséklet, térfogat, mágnesezettség, rugalmas igénybevételek és az energia al.). Külső paramétereket a rendszer úgynevezett fizikai mennyiségek helyzetétől függően a térben és különböző tulajdonságait szervek (például elektromos töltések), amelyek a külső, hogy a rendszer. Például, egy gáz, mint paraméter a V térfogatú, mert attól függ, az elrendezése a külső szervek (érfalat, a külső nyomás). A belső paramétereit a rendszer az úgynevezett fizikai mennyiségek, amelyek függenek mind a pozícióját és a tulajdonságait a külső szervek és a koordináták és sebességek a szervek a rendszer. Például, a földgáz belső paraméterek a nyomás és az energia.
Az anyagmennyiség lehet jellemezni többféleképpen, amelyek szorosan kapcsolódnak. Molekulatömeg (M) anyag aránya a tömeg a molekula az anyagnak az 1/12 atomtömege 12 atomtömegű 1/12 pp 12 C nevezzük atomi tömegegység (amu) 1a.e.m. = Med = 1,66 × 10 -27 kg.
Az anyagmennyiség tartalmazó ugyanannyi részecskét, ahány atom van 0,012 kg szén-izotóp 12 C nevezzük mól. A részecskék száma tartalmazott egy mól az anyag az úgynevezett Avogadro számát (NA). Empirikusan találtuk, hogy NA = 6,023 × 10 23 January / mol. Mass mol nazyvayutmolyarnoy tömegű (m). Nyilvánvaló, hogy a tömege egyetlen molekula m1 = Mmed. akkor a moláris anyag tömege: m = Mmed NA NA = m1. Ha a tömege tetszőleges számú szerek (például gáz) m, a mennyisége az anyag lehet kifejezni a mólszáma anyag n = m / m.
Egy másik fontos paraméter egy termodinamikai rendszer, amely meghatározza, mennyi anyag térfogata (V) - az összeg által elfoglalt tér a termodinamikai rendszer. A mértékegység térfogategységben SI rendszer köbméter (m 3). Moláris térfogata mennyiséggel egyenlő a Vm = V / n.
Avogadro-törvény: az azonos feltételek mellett, a moláris térfogat gázok azonos.
Nyomás az úgynevezett fizikai mennyiség:
ahol dF ^ - tápegység modul merőlegesen ható kis részét a felület dS, amelyen azt kiosztott.
A mértékegysége nyomás az SI Pascal (Pa).
Az macrostate a rendszer kifejezés alatt bármely olyan állapot, amely be van állítva jelezve a sűrűség, nyomás, hőmérséklet, energia vagy egyéb jellemző paraméterek állapotát az egész rendszer vagy annak részei a kis, de tartalmaz egy kellően nagy a részecskék száma. Termodinamikai egyensúly állapotában a rendszer - ez olyan állapot, amelyben a termodinamikai paramétereket a rendszer ugyanaz minden pontban a rendszer, mindenkor állandó külső körülmények. Az egyensúlyi állapotot jellemzi hiányában áramlási (energia anyagok, és hasonlók). Az egyensúly, a rendszer marad a végtelenségig. Ha a rendszer valamilyen külső hatások erednek az egyensúlyi állapotot, spontán megy az egyensúlyi állapot. Ez a tendencia alapvető jellemzője termodinamikai rendszereket.