Термодинаміка і молекулярна фізика

Стан макроскопічної системи і його параметри. Поняття про тепловій рівновазі.

Система, що складається з великого числа молекул, називається макросистемою. Макросистема, відокремлена від зовнішніх тел стінками з постійними властивостями, після тривалого проміжку часу приходить в рівноважний стан. Цей стан можна описати рядом параметрів, які називаються Параметрами стану. Розрізняють Мікропараметри і макропараметрах стану.

До мікропараметрам стану можна віднести наступні фізичні величини: масу M 0 молекул, їх швидкість, середню квадратичну швидкість молекул, середню кінетичну енергію молекул, середній час між зіткненнями молекул, довжину їх вільного пробігу та ін. Це такі параметри, які можна віднести і до однієї молекулі макросистеми.

Макропараметри стану характеризують тільки рівноважну систему в цілому. До них відносяться обсяг V. тиск P. температура T. щільність ρ, концентрація N. внутрішня енергія U. електричні, магнітні та оптичні параметри. Значення цих параметрів можуть бути встановлені за допомогою вимірювальних приладів.

Теплове рівновагу - стан термодинамічної систем, в яке вона мимоволі переходить через досить великий проміжок часу в умовах ізоляції від навколишнього середовища.

У стані термодинамічної рівноваги:

- в системі припиняються всі незворотні процеси, пов'язані зі зміною енергії: теплопровідність, дифузія, хімічні реакції і ін .;

- макроскопічні параметри системи не змінюються з часом.

Слід розрізняти стану стійкої, нестійкої та щодо стійкої рівноваги.

Стан стійкої рівноваги (стабільний стан) характерно тим, що якщо будь-яким зовнішнім впливом вивести з нього розглянуту систему, а потім зняти це зовнішній вплив, то система сама повернеться в початковий стан рівноваги.

Якщо систему, що знаходиться в стані нестійкої рівноваги (лабильное стан). з нього вивести, то вона вже не повернеться в початковий стан, а перейде в стан стійкої рівноваги. Навіть дуже малі зовнішні впливи виводять систему з лабільного стану.

Нарешті, стан відносно нестійкої рівноваги (метастабільний стан) - це стан, в якому система може перебувати протягом тривалого часу, причому слабкі зовнішні впливи (обурення), що викликають невеликі відхилення системи від метастабільного стану, не призводять до переходу в інший стан; після того як таке зовнішній вплив знято, система повернеться в початкове метастабільний стан. Разом з тим досить сильний вплив виведе систему з метастабільного стану, і вона перейде в новий стан стійкої рівноваги. Таким чином, метастабільний стан займає проміжне місце по відношенню до стабільного і лабильному станів.