fizica moleculara si termodinamica
Metode statistice și termodinamice
Conform ideilor moderne orice organism macroscopic sau sistemul compus din numărul enorm de microparticule (atomi, molecule sau ioni), care sunt în continuă mișcare. De exemplu, 1 cm3 de gaz în condiții normale conține aproximativ 3 x 19 molecule octombrie, ca în solide și lichide - circa 10 22 molecule. Pentru a descrie starea proprietăților fizice ale unui astfel de macro nevoie pentru a scrie un număr foarte mare de ecuații ale fizicii clasice sau cuantice pentru a rezolva și de a analiza ceea ce este tehnic sarcină imposibilă. În plus, există motive fizice pentru irationalitatea acestei abordări. Chiar dacă am fost capabili să descrie mișcarea fiecărei particule, nu ar fi posibil să se obțină informații despre comportamentul corpului. Abordarea la soluționarea acestor probleme trebuie să fie diferite.
Proprietățile fizice ale sistemelor macroscopice sunt studiate prin două metode complementare reciproc: statistice și termodinamice.
Metoda statistică se bazează pe o abordare probabilistică la studiul legităților care apar în sistemele de microparticule macroscopice. Cu un număr suficient de mare de particule din sistem încep să apară noi legi, numită statistică. Caracteristicile sistemului în acest caz nu este atât de mult datorită proprietăților individuale ale microparticulelor ca natura interacțiunilor și valorile medii ale caracteristicilor dinamice (microparameters): viteza medie, consumul mediu de energie, etc. În condiții de echilibru, acești parametri microscopice, în medie pe un număr mare de particule, nu se schimbă și poate servi drept caracteristici obiective ale stării sistemului. Secțiunea de fizică, în care, folosind proprietățile statistice ale metodei examineaza sistemelor macroscopice numite fizicii statistice. Obiectivul principal este de a stabili legile fizicii statistice substanță comportamentul pe baza cunoașterii comportamentului microparticule legi (molecule, atomi, ioni, fotoni, etc.), din care este compus. fizica statistică se bazează pe reprezentarea probabilistică a proprietăților microparticulelor și utilizarea diferitelor tipuri de repartiții statistice, dintre care cea mai importantă este distribuția de Gibbs și Boltzmann.
Metoda termodinamice. în care structura internă nu este considerată organisme și caracterul mișcării microparticulelor bazate pe studiul diferitelor fenomene fizice cu ajutorul parametrilor macro și funcțiile de stat studiate, și este în mod inerent metodei fenomenologice. Secțiunea de fizică, în care macro studiat cu ajutorul metodei termodinamice numite termodinamică. Sarcina principală a termodinamicii constă deci în stabilirea de legături între cantitățile fizice ce caracterizează starea și modificarea stării sistemului termodinamic. Termodinamica se bazează pe două legi experimentale, iar pe Nernst teorema termică sau a treia lege a termodinamicii. Împreună cu simplitate și claritate metoda termodinamică are un dezavantaj semnificativ în faptul că mecanismul intern rămâne fenomene nerezolvate. În termodinamică, de regulă, o întrebare lipsită de sens „de ce“? De exemplu, dacă am stabilit metoda termodinamică că întindere barelor de cupru este răcită și cauciuc - este încălzit, mecanismele fizice care rămân neclare. În același timp, metoda statistică poate rezolva acest lucru și multe alte insolubile în cadrul obiectivelor metoda termodinamice: retragerea ecuațiilor de stat ale sistemelor macroscopice, descrierea fenomenelor de transport, unele dintre problemele de radiații. În cele din urmă, o metodă statistică oferă o bază riguroasă a legilor termodinamicii, și vă permite să stabilească limite de aplicabilitate a acestora. Astfel, metodele termodinamice și statistice sunt strâns legate, și, prin urmare, are sens să vorbim de o singură termodinamica statistică. Trebuie remarcat, totuși, că concluziile făcute în viitor va fi valabilă numai pentru sistemele care conțin un număr suficient de mare de particule.
sistem termodinamic - o multitudine de corpuri macroscopice (particule fields) pot face schimb de energie, atât între ele cât și cu mediul extern. sistem termodinamic deschis este un sistem care schimburile contează cu mediul extern. Un exemplu tipic de astfel de sisteme sunt organismele vii. Sistemul termodinamic închis nu poate comunica cu substanța mediului extern. Sistemul termodinamic este numit izolat. în cazul în care nu comunică cu mediul extern al oricărei substanțe sau energie. Sistemul termodinamic închis va fi numit un sistem, nu face schimb de energie cu mediul înconjurător prin mijloace mecanice (prin efectuarea de lucru mecanic). Sistemul termodinamic va fi numit adiabatic. cu excepția cazului în schimburilor de energie cu mediul extern prin schimb de căldură.
Parametrii termodinamici (parametrii macroscopice de stat) ale sistemului numit cantitățile fizice ce caracterizează starea termodinamică a întregului sistem (presiune, temperatură, volum, magnetizarea, tensiunile elastice și colab energie.). Parametrii externi ai sistemului numit mărimi fizice, în funcție de poziția în spațiu și proprietăți diferite ale organismelor (de exemplu, sarcini electrice), care sunt exterioare sistemului. De exemplu, un astfel de parametru de gaz este volumul V, deoarece depinde de dispunerea corpurilor exterioare (pereții vasului, presiunea externă). Parametrii interni ai sistemului numit cantitățile fizice care depind atât de poziția și proprietățile organismelor externe și coordonatele și vitezele organelor sistemului. De exemplu, parametrii interni de gaze sunt presiunea și energia.
Cantitatea de substanță poate fi caracterizată prin mai multe moduri, care sunt strâns legate. Masă moleculară (M) substanța este raportul dintre masa moleculei substanței 1/12 masa atomică 12 masă atomică 1/12 pp 12 C se numește unitate de masă atomică (uam) 1a.e.m. = Med = 1.66 x 10 -27 kg.
Cantitatea de substanță care conține aceeași cantitate de particule de atomi există în 0,012 kg de carbon izotopului 12 C se numește mol. Numărul de particule conținute într-un mol de substanță se numește numărul lui Avogadro (NA). Empiric constatat că NA = 6.023 x 10 23 gerar / mol. Masă de masă mol nazyvayutmolyarnoy (m). Este evident că masa unei singure molecule m1 = Mmed. apoi masa molară a substanței: m = Mmed NA NA = m1. Dacă masa oricărui număr de agenți (de exemplu, gaz) este m, cantitatea de substanță poate fi exprimată în numărul de moli de substanță n = m / m.
Un alt parametru important al unui sistem termodinamic care determină cantitatea unei substanțe este volumul (V) - volumul spațiului ocupat de sistemul termodinamic. Unitatea de măsură a volumului în sistemul SI este metrul cub (m 3). Volumul Molar este o cantitate egală cu Vm = V / n.
legea lui Avogadro: aceleași condiții, volumele molare de gaze sunt aceleași.
Presiunea se numește o cantitate fizică:
unde dF ^ - modul de putere care acționează perpendicular pe porțiunea mică a Ds zona de suprafață, la care este alocat.
Unitatea de măsură a presiunii în sistemul SI Pascal (Pa).
Sub macrostării sistemului se înțelege orice condiție care este stabilită indicând densitatea, presiunea, temperatura, energia sau alți parametri ce caracterizează starea întregului sistem sau a unor părți ale sale mici, dar care conține un număr suficient de mare de particule. starea de echilibru termodinamic al sistemului - este o condiție în care parametrii termodinamici ai sistemului sunt aceleași în toate punctele sistemului, în orice moment, în condiții externe constante. Starea de echilibru se caracterizează prin absența oricărui flux (substanțe energetice, și altele asemenea). În echilibru, sistemul poate rămâne pe termen nelimitat. În cazul în care sistemul de orice influențe externe derivă din starea de echilibru, se duce în mod spontan într-o stare de echilibru. Această tendință este o caracteristică esențială a sistemelor termodinamice.