Характерні особливості макрокосмічних систем - студопедія

1. Характерні особливості макрокосмічних систем. 1-3

2. Поняття теорії ймовірностей: статистичні ансамблі, співвідношення між вірогідністю, безперервне розподіл ймовірностей. 4-13

3. Статистичне опис систем з тепловим взаємодією: розподіл енергії, температура, середня енергія ідеального газу, середній тиск ідеального газу. 14-16

4. Робота, внутрішня енергія і теплота, ентропія. 17-20

5. Розподіл Максвелла для швидкостей. 21-22

6. Питома теплоємність твердих тіл. 23

7. Положення статистичної термодинаміки. 24

8. Елементарна кінетична теорія процесів переносу: в'язкість і перенесення енергії, самодифузія і перенесення молекул, електропровідність і перенесення заряда.25-26

Характерні особливості макрокосмічних систем.

1. Мікрокосмос - це світ малих величин (атомів, молекул, індивідів) на відміну від макрокосмосу. 2. У філософії - світ людини як відображення Всесвіту. 3. Мала спільність як мініатюрне відображення і втілення світу.

2. Макрокосмос - (від грец. Makros - великий і / cosmos - порядок, мир - англ. Macrocosmos; ньому. Makrokosmos. Всесвіт, універсум, світ небесних тіл.

Наше тіло складається з окремих органів: мозку, серця, легенів, шлунка і т. Д. Органи взаємно доповнюють один одного, один не може функціонувати без іншого. Всі разом вони складають одне ціле. Таке впорядковане ціле називається системою. Таким чином, наше - тіло це система органів.

Кожен орган нашого тіла складається з тканин, а тканини - з клітин, які мають однакову функцією. Клітини складаються з органел, а ті, в свою чергу, з молекул, які представляють собою систему атомів. Кількість атомів і молекул різна. Наприклад, в молекулі води три атома, а молекула білка може сотоящій з мільйона атомів.

Атом являє систему. що складається з ядра, навколо якого рухаються електрони. Ядро атома - найдрібніша доступна дослідженню система, доступна науці сьогоднішнього дня. Але з розширенням нашої свідомості людина буде просуватися все далі в безмежність більш тонких світів та інших вимірів. Ядро атома складається з протонів і і нейтронів. Протони, нейтрони і електрони вважають найпростішими "цеглинками", з яких складається людське тіло і все інше в космосі. Тому вони називаються елементарними частинками.

Вчені починають допускати дослідження невидимих світів, використовуючи інтуїтивні прозріння, натхнення, осяяння. Такий метод дослідження називається метанаучной. І ми маємо історичні приклади таких свідчень у Вернадського, Чижевського, Ціолковського, Тейяр де Шардена, Ломоносова, Флоренського, Лобачевського, Милликена та інших.

Макросистемах. СТАТИСТИЧНИЙ і термодинамічних МЕТОДИ ЇХ ОПИСУ

Атоми і молекули, взаємодіючи один з одним, утворюють найрізноманітніші тіла, з яких і складається навколишній світ. Відмінною особливістю більшості фізичних тіл є те, що вони складаються з величезного числа частинок. На фотографії, наведеної на малюнку 135, дано зображення атомів золота, розташованих у вузлах кристалічної решітки. Фотографія отримана за допомогою електронного мікроскопа, що використовує хвильові властивості електронів для отримання зображення мікрооб'єктів зі збільшенням в 26 млн разів. Відстань між атомами становить приблизно 10 10 м. Отже, один атом золота займає об'єм, що дорівнює 10 30м3. Таким чином, в 1 м3 золота міститься приблизно 1030 атомів цього елемента. 1000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 - таке число атомів або якихось інших частинок важко собі уявити. Фізики подібні числа коротко називають великими числами, а тіла, що складаються з такого числа окремих частинок, - великими системами або макросистемами. Своєрідним еталоном великих чисел в світі макросістем служить постійна Авогадро NA, названа Рис. 135. Кристалічні ґрати золота в честь італійського вченого Амедео Авогадро (1776-1856), який вивчав властивості газів. Постійна Авогадро дорівнює числу частинок. містяться в 0,012 кг ізотопу вуглецю С12, і за вимірюваннями Перрена дорівнює TVA = 6,02-1023 1 / моль. За визначенням моль будь-якої речовини містить однакове число частинок. рівне постійної Авогадро. Описати поведінку такого величезного числа взаємодіючих частинок не представляється можливим ні з допомогою рівнянь Ньютона, ні за допомогою рівнянь Шредінгера. Для опису поведінки макросістем були розроблені два методи. статистичний і термодинамічний. При статистичному методі опису використовується цілком певна модель внутрішньої будови речовини, зокрема модель атомно-молекулярної будови макросістем. Застосовуючи методи статистичної фізики, теорії ймовірності, висловлюють фізично вимірювані величини, що характеризують поведінку макросістем, так звані макропараметри, через характеристики мікрочастинок, що входять до складу макросістем, так звані мікропараметри. Такий прийом був використаний нами при вираженні температури газу через середню кінетичну енергію молекул цього газу. Термодинамічний метод опису передбачає використання якихось моделей внутрішньої будови речовини. В рамках термодинаміки фізичний стан тіла характеризується рядом величин, сукупність яких однозначно визначає поведінку макросистеми. Число таких величин, званих термодинамічними, залежить від складності досліджуваного тіла і виду його взаємодії з іншими тілами. Так, наприклад, газ в кімнаті цілком можна описати чотирма величинами: температурою Т, тиском р, об'ємом V, масою т. Для кількісного опису незворотності теплових процесів Клаузиус ввів поняття ентропії, сенс якого з молекулярної точки зору був розкритий австрійським фізиком JI. Больц-Маном.

Мета курсу - вивчення загальних закономірностей поведінки макроскопічних систем. що володіють великим числом ступенів свободи (наприклад, що містять N # 8764, 10 20 частинок, порядкачісламолекулв 1 см 3 повітря). З точки зору механіки (класичної та квантової) такі системи неймовірно складні, проте досвід показує, що в звичайних умовах вони добре описуються порівняно невеликим числом макроскопічних параметрів. Так, практично всі характеристики газів визначаються їх обсягом, температурою, масою (або числом частинок). Стану макроскопічних систем, що описуються макроскопічними параметрами, називають макроскопічними або термодинамічними станами. Очевидно, макросостоянія сумісні з величезним числом механічно заданих (наприклад, в класичній механіці, зазначенням всіх узагальнених координат і імпульсів) микросостояний (можливі, або допустимі при даних значеннях макроскопічних параметрів мікростану). Число допустимих микросостояний замкнутої системи називається статистичною вагою макроскопічного стану. Це дуже важлива фізична характеристика, через яку визначається ентропія системи (розділ 2.2).

Спостережувані в макросостояніе фізичні величини є результатом усереднення значень цих величин в допустимих микростанів. Для фактичного проведення усереднення необхідно розташовувати розподілом ймовірностей микросостояний. Зазвичай розподіл микросостояний для ізольованою рівноважної системи постулюється (основна статистична гіпотеза - канонічне розподіл. Розділ 1.4), а інші рівноважні розподілу виводяться на його основі. Обчислення фізичних величин шляхом усереднення їх значень в микростанів становить основу статистичного методу дослідження макросістем. Термодинамічний метод полягає у виведенні загальних законів, співвідношень між макроскопічними величинами на основеексперіментов, без звернення до атомно-молекулярну структуру речовини. Назва курсу відображає ці два підходи до дослідження макроскопічних систем. Термодинамічний (феноменологічний) підхід має більшу спільністю; статистичний метод дозволяє глибше проникнути в природу явищ.

Одне з найбільш важливих положень термодинаміки (його іноді називають загальним початком термодинаміки) полягає в тому, що будь-яка замкнута (ізольована від інших) макросистема з плином часу приходить в стан рівноваги. в якому фізичні величини (макроскопічні параметри), що характеризують систему, не змінюються в часі, і залишається в цьому стані невизначено довго. Процес встановлення рівноваги називається релаксацією. час процесу - часом релаксації. Діапазон можливих часів релаксації величезний,

10 -12 ÷ 10 8 сек. Рівновага означає, що і окремі макроскопічні частини системи (підсистеми) знаходяться в стані внутрішньої рівноваги (якщо їх ізолювати, розгородити, то це не приведе ні до яких змін в їх стані), а також в рівновазі один з одним - немає потоків енергії і часток від одних підсистем до інших. Рух на молекулярному рівні не припиняється і в рівноважному стані, що призводить до безперервних флуктуацій - невеликим короткочасним відхиленням системи від повного рівноваги.

Локальне (або неповне) рівновага означає, що система підрозділяється на підсистеми, що знаходяться в стані внутрішньої рівноваги, але немає рівноваги між підсистемами. При ізоляції підсистем зміни в системі припиняються. Число незалежних макроскопічних параметрів, що характеризують систему, зростає в міру відхилення від повного рівноваги, наприклад, доводиться використовувати дві або більше температур замість однієї і т.п. Навпаки, в процесі релаксації (в складних системах процес може складатися з ряду етапів) число незалежних макроскопічних параметрів зменшується (відбувається, як кажуть, скорочення опису). Відповідно, послаблюються обмеження на допустимі мікростану, і статистичний вага системи зростає.

Можна тепер уточнити, що макроскопічні стану - це рівноважні або локально-рівноважні стану макроскопічних систем. Термодинаміка і статистична фізика вивчають макроскопічні системи в макроскопічних станах. Основна частина курсу присвячується дослідженню рівноважних сістем.Термодінаміка слабо нерівноважних систем розглядається в тісному зв'язку з теорією флуктуацій.

Макросистемах. СТАТИСТИЧНИЙ і термодинамічних МЕТОДИ ЇХ ОПИСУ