1. Термодинамика және статистикалық физика макроскопиялық жүйелерде болатын физикалық процестерді зерттейді. Макроскопиялық жүйе
жүктеу/скачать 0,78 Mb.
|
doc1548272458
- Бұл бет үшін навигация:
- Техникалық термодинамика, Жылу техникасы
|
Дәріс №1 Тақырыбы: Кіріспе. Негізгі түсініктер. Газдардың заңдары. Термодинамиканың бірінші заңы. Жоспар: Негізгі түсініктер Газ заңдары Термодинамиканың бірінші заңы 1. Термодинамика және статистикалық физика макроскопиялық жүйелерде болатын физикалық процестерді зерттейді. Макроскопиялық жүйе деп көп микробөлшектерден құралған денелерді айтады. Бұлар: атомдардан немесе молекулалардан, иондардан, немесе тек қана фотондар, немесе тек қана электрондар сияқты құрамдас бөлшектерден құралған үлкен жүйелер болуы мүмкін. Статистикалық физика денелердің макроскопиялық қасиеттерінің олардың ішкі құрылымы және оны құраушы бөлшектердің қозғалысына қалай тәуелді екендігін көрсетеді. Оның қарастыратыны: жылулық құбылыстар, сұйық пен газдардың қасиеттері, металлдардағы электрондардың қозғалысы, іші бос қуыстағы электромагниттік толқындардың таралуы, химиялық реакциялардың жүруі, фазалық түрленулер және т.б. құбылыстардың заңдылықтарын осы ғылымның көмегімен анықтайды. Статистикалық физика әдістемелері кеңістіктегі атомдық ядро масштабындағы құбылыстардан бастап бүкіл әлемнің объектілердің қозғалысына дейінгі масштабтағы процесстерді сипаттағанда қолданылады. Олар энергиялары әртүрлі құбылыстарды: аса төменгі температуралы сұйық гелийден және асқын өткізгіштерден бастап, жоғары температуралы плазмаға шейінгі процесстерді сипаттай алады. Статистикалық физиканың негізгі зерттеу обьектісі- көп бөлшектерден құрылған жүйелердің қозғалыс күйі: Мысалы: 1 см2ауада 3*1019 молекула бар. Осы газдың қасиеттерін анықтау керек. Көп бөлшектерден құрылған жүйелердің қозғалысында механиканың заңдары негізінде ғана түсіндірілетін ерекшеліктер болады. Жүйенің күйі-бастапқы шарттарға тәуелді емес. Мысалы: ыдысты қалай толтыра бастасақ та, ақырғы күйі ортақ бірдей теңбе-теңдік күй болады, яғни ыдыстың ішіндегі барлық нүктеде газдың қасиеттері бірдей болатын күйі орнайды. Жүйенің теңбе-теңдік күйге келіп, оcы күйге орнығу процесі -қайтымсыз процесс. Ал механикалық процесстер қайтымды болып табылады және әрбір бөлшек қозғалысын сипаттау үшін динамика теңдеулерін шешу керек. Механикалық жүйеде қанша бөлшек бар болса, сонша Ньютон теңдеуін жазу керек. Ал газ бөлшектері үшін осыншама теңдеуді шешудің өзі мүмкін емес. Өйткені әрқайсысының бастапқы күйлері белгісіз, және жүйе де аса күрделі. Сондықтан бұндай жүйенің күйін зерттеу үшін басқа, механикалық емес заңдарды қолдану керек. Бөлшектердің қозғалысы реттелмеген, хаосты деп қарастыру керек. Ал бөлшектің жеке күйін кездейсоқ құбылыс деп қарастыру керек. Сондықтан макроскопиялық жүйенің қасиеттерін зерттегенде ықтималдылық теориясының әдістерін қолдануға қажеттік туындайды. Ал бұл теорияны қолдану үшін дербес бөлшектердің жеке күйлері үшін және тұтас жүйе үшін ықтималдылықтың үлестірімділік заңын анықтаудың маңызы жоғары. Көп бөлшектен құралатын жүйелердің жалпы физикалық теориясы статистикалық физика деп аталады. Дененің күйін зерттеу үшін алдымен макроскопиялық дененің құрылымы жайлы көзқарасқа сүйеніп, құраушы әлементтердің өзара әсерлерінің түрлерін талдау қажет. Егер де жүйе күйлері үшін үлестірімділік заңы анықталса, онда жүйенің кейбір макроскопиялық сипаттамаларының мәндерін және олардың арасындағы байланыстарды есептеп табуға болады. Бірақ бұл үшін сыртқы шарттары берілуі тиіс. Статистикалық физиканың әдістемесі осындай. Сонымен физикада денелердің қозғалысының және күйлерінің сипаттамаларын зерттеуде динамикалық және статистикалық әдістері қалыптасқан. Динамикалық әдіс физиканың механика, электродинамика сияқты салаларында қолданылады. Жүйенің бастапқы шарттары беріліп, қозғалыс теңдеулерін шешу арқылы қозғалыс траекториясы анықталатын. Бұл әдіс негізінен аз санды бөлшектерден құралатын жүйелерде қолданылады. Ал көп санды бөлшектер жүйелерінде шешілуі тиіс қозғалыс теңдеулер саны күрт көбейіп, динамикалық әдістің қолданылуына көп қиындық пайда болады. Бұл жағдайда статистикалық әдістеме көп жеңілдік береді. Макроскопиялық жүйелерді зерттеуде сонымен бірге термодинамикалық әдісі қалыптасқан. Термодинамикалық әдістің мәселесі - бақыланатын, өлшенетін шамалардың (Р, V, і, п концентрация, Е,В және т.б) арасындағы байланыстарды ғана анықтау болып табылады. Ал атомдық-молекулалық құрылымына байланысты ешқандай шамалар қарастырылмайды. Статистикалык әдіс – заттың атомдық -молекулалық құрылысы жөніндегі көзқарастарына негізделген. Заттың ең кіші бөлшектерінің қозғалыс заңдарын біле отырып, заттың макроскопиялық мөлшерінің қозғалысы не өзгерісінің заңдарын анықтау болып табылады, айталық зат: газ, сұйық, қатты денелер, плазма, электромагниттік сәулелер жүйесі осындай жүйелердің мысалы бола алады. Сонымен, макрожүйелердің күйлерін зерттеудің 2 әдісі бар: термодинамикалық және статистикалық әдістер. Термодинамикалық әдіс заттың атомдық-молекулалық құрылымына тиісті ұғымдарға емес,- тәжірибеге сүйенеді, яғни феноменологиялық теория болып табылады. Оның негізгі мақсаты: тәжірибеде бақыланатын немесе өлшенетін шамалардың арасындағы байланыстарды анықтау болып табылады. Ал заттың атомдық- молекулалық құрылымымен байланысты шамалардың ешқайсысы бұл әдісте қарастырылмайды. Осыдан термодинамикалық және статистикалық әдістердің артықшылықтары және кемшіліктері көрініп тұр. Термодинамикалық әдістер бөлшектердің қасиеттеріне байланысты болмайтындықтан, мейлінше жалпы болып табылады. Ал статистикалық физиканың қорытындылары бөлшектердің қозғалыс заңдылықтарының қандай болатындығына байланысты. Термодинамикалық әдістемелердің қорытындылары қарапайым, олар жай математикалық түрлендірулерді қолданып, бірқатар практикалық есептер шешуге мүмкіндік береді. Осы жағынан бұл әдістеменің әсіресе техникалық сипаттағы есептерді шешуде артықшылығы көрініп тұр (Техникалық термодинамика, Жылу техникасы). Кемшілігі сол: құбылыстарды термодинамикалық әдіспен зерттегенде, бұл қалай? бұл не себепті болды? -деген сұрақтар жауапсыз қалады. Статистикалық физикада кез-келген есептің шешуі заттың атомдық-молекулалық құрылысына негізделген, сол себепті құбылыстың механизмін түсінуге мүмкіндік береді. Статистикалық әдістеме термодинамикалық әдістеме шеңберінде шешілмейтін есептерді шешуге мүмкіндік береді. Оның ішінде ең маңыздылары макроскопиялық жүйелердің күй теңдеуін қорыту, жылу сыйымдылық, сәуле шығару теориясының кейбір мәселері және т.с.с.. Статистикалық әдістеме термодинамика заңдарын теориялық жағынан негіздеуге, олардың қолданылу шекарасын анықтауға, классикалық термодинамика заңдарының қандай жағдайда бұзылатындығы жөнінде болжам жасауға, оны бағалауға мүмкіндік береді. Сонымен статистикалық физиканың және термодинамиканың зерттейтін құбылыстарының анық шекарасы болмайтындығы көрінеді. Бұлар теңбе- тең күйдегі кез-келген макроскопиялық жүйелердің зерттеу әдістемелері болып табылады. Сондықтан екеуін біріктіріп, статистикалық термодинамика деп аталатын бөлімі құрылған. Бұл әдістеменің көмегімен көп бөлшектен құрылған кез- келген жүйені зерттеуге болады. Бұл жүйелер: сұйықтар, қатты денелер, электролит, плазма, жарық сәулелерінің жиыны немесе құрамында жүздеген нуклондар бар ауыр ядролар және т.с.с.. Термодинамикалық әдістемелер термодинамикалық жүйелердің күй теңдеуін анықтауға мүмкіндік бере алмайды. Статистикалық әдістеме кез–келген термодинамикалық жүйенің күй теңдеуін анықтауға мүмкіндік береді. Екі әдістемені біріктіретін негізгі буын- статистикалық физиканың негізгі физикалық постулаты болып табылады: «Ең көп микрокүйдің арасында жүйенің орнығатын макрокүйіне сәйкес келетін микрокүйлерінің ықтималдығы бәрінен жоғары болып табылады.» жүктеу/скачать 0,78 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|