При изучении вещества приходится иметь дело с системами, содержащими огромное число элементов. В 1 см

1. Основные понятия статистической физики и термодинамики

Термодинамической системой называется совокупность макроскопических тел, которые взаимодействуют и обмениваются энергией как между собой, так и с другими телами. Простейшими примерами термодинамических систем являются газ, жидкость, твердое тело, их соединения и пр. Термодинамическая система характеризуется различными параметрами, важнейшими из которых являются температура Т, давление р, объем V. Их называют параметрами состояния.

Состояние системы, при котором параметры состояния не меняются во времени, называют равновесным.
Термодинамическим процессом называют переход системы из одного состояния в другое. Такой переход связан с нарушением равновесия системы, когда происходит изменение хотя бы одного из термодинамических параметров. Будем считать, что такое изменение происходит достаточно медленно, так что в любой момент времени состояние системы можно считать почти равновесным (квазиравновесным).
Если по координатным осям откладывать значения каких-либо равновесных параметров, то равновесное состояние системы можно изобразить точкой на координатной плоскости. Термодинамический процесс можно изобразить соответствующей термодинамической кривой. На рисунке показана диаграмма некоторого термодинамического процесса. Система переходит из состояния 1 в состояние 2, оставаясь при этом в состоянии квазиравновесия во всех промежуточных точках.



Рис.

Процесс называется обратимым, если все его состояния являются равновесными. В противном случае процесс называют необратимым. Круговым процессом или циклом называют процесс, при котором система после ряда изменений возвращается в исходное состояние.

Рис.

При молекулярно-кинетическом описании вещества в качестве единицы количества вещества часто выбирают один моль.

Молем называют количество вещества, содержащее столько же молекул, сколько атомов содержится в 12 г углерода . Это число называют числом (постоянной) Авогадро и оно равно моль^-1.
Для описания состояния газа обычно используются три параметра: объем, давление и температура. Понятие объема всем известно.
Давлением называется физическая величина, численно равная силе, действующей на единицу площади по нормали к ней


.

Единицей давления является 1 паскаль

.

Часто давление измеряют в атмосферах. Приближенно

.

В механике для описания движения материальной точки использовалось понятие координаты, скорости, ускорения, массы, импульса, силы и др. В молекулярной теории от некоторых параметров приходится отказываться (координаты, скорости отдельных частиц и пр.) и вводить ряд новых параметров, которых нет в механике, например, температуру.

Температурой называется физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. Температура измеряется в градусах Цельсия ºС или К (существуют и другие системы, напр., шкала Фаренгейта, … ). Если t - температура в градусах Цельсия, а T - температура в градусах Кельвина, то между ними существует отношение


.

Отметим, что понятие температуры полностью отсутствует в механике. В статистической физике введение понятия температуры связано с существованием большого числа элементов макроскопической системы (статистический ансамбль) и вводится как некоторая усредненная характеристика энергии отдельной частицы.