Радушкевич Л.В. Курс термодинамики (Радушкевич Л.В. Курс термодинамики.djvu)
Описание файла
DJVU-файл из архива "Радушкевич Л.В. Курс термодинамики.djvu", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физические основы механики" из 9 семестр (1 семестр магистратуры), которые можно найти в файловом архиве МГУ им. Ломоносова. Не смотря на прямую связь этого архива с МГУ им. Ломоносова, его также можно найти и в других разделах. .
Просмотр DJVU-файла онлайн
Распознанный текст из DJVU-файла
Л. В. РАйУШКЕВИЧ КУРС ТЕРМОДИНАМИКИ Допущеоо Л1инистерством просвещения СССР в качестве учебного пособия для студентов физико-математических факультетов педагогических институтов ИЗДАТЕЛЬСТВО «ПРОСВЕЩЕНИЕ» МОСКВА ! 971 88ОЛ Р-15 288 с. с илл. Книге предствнлкет собой учебное пособие по курсу термодннвмики длн Студентовчфизиков пединститутов, 2-3-8 29-71 бЗОЛ Радушкевич Л. В. Р-15 Курс термодинамики. Учеб. пособие для студентов фиа.-мат. фак-тов пединститутов.
М., «Просвещение», 1971. Данный курс термодинамики представляет собой пособие для студентов-физиков педагогических институтов и составлен в соответствии с программой этих учебных заведений. Построение книги основано на постепенно усложняющемся содержании: начиная с элементарных вопросов, материал последовательно углубляется и усложняется. Этим книга отличается по изложению от других пособий, обычно следующих традиционно дедуктивному изложению термодинамики.
Первые главы тесно связаны с курсом общей физики. Хотя в программу термодинамики не входят вопросы неравновесной термодинамики, автор счел необходимым ввести этот материал в сжатом изложении. В настоящее время эта область физики приобретает настолько важное значение и настолько определилась, что целесообразно вводить ее основные вопросы в учебные пособия. В книге дан ряд несложных задач, которые позволят читателю проверить усвоение материала. Для углубления знаний по термодинамике может быть рекомендована следующая литература: М.
А. Леонтович. Введение в термодинамику, М., Гостехиздат, 1950. И. П. Б аз ар он. Термодинамика, М., Физматгиз, 1961. А. 3 о м м е р ф е л ь д. Термодинамика и статистическая физика, М., ИЛ, 1955. Д. Тер Ха ар, Г. Вер гел а нд, Элементарная термодинамика, М., «Мир», 1968. Ф. Мор с. Теплофизика, М., «Наука»,!968. С. Р.
де Гроот. Термодинамика необратимых процессов, М., Гостехиздат, !956. С, де Гроот, П. Мазур. Неравновесная термодинамика, М., «Мир», 1964. Кроме того, знакомство с трудами классиков можно получить из книг. Дж. В, 1 и б б с. Термодинамические работы, М., Гостехиздат, 1950. Второе начало термодинамики. Сборник работ (С. Карно, В. Томсон, Р. Клаузиус, Л, Больцман, М.
Смолухово к и й), М., ГТТИ, 1934. ! ° Глава 1 ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ $ 1. ВВЕДЕНИЕ Термодинамика относится к области м а к р о ф и з и к и и в настоящее время может быть разделена на те р мо с тат и к у и на собственно т е р м о д и н а м и к у. Первая занимается свойствами макроскопических систем, находящихся в так называемом термодинамическом равновесии, и является наиболее разработанной ветвью термодинамики.
Эта область изучения равновесных систем, т. е. систем практически не изменяющихся во времени, аналогична разделу статики в механике, и именно поэтому это направление часто называют термостатикой. Термостатика дала много ценного науке: с нею связаны коренные законы физики, на ее основе выросла физическая химия; термостатика широко применяется в многочисленных технических расчетах (техническая термодинамика) для проектирования большинства тепловых машин. Однако современная техника требует изучения свойств и поведения макросистем за конечное и очень малое время. Например, процессы, протекающие при пуске ракеты или боевых снарядов, а также быстро идущие процессы современной технологии с участием катализаторов или в атомных реакторах не могут быть надежно описаны только при помощи уравнений термостатики.
В последних время вообще не фигурирует, и потому получаемые данные не . могут описать хода процессов, протекающих во времени. В связи с этим за последние десятилетия быстро развивается учение о так называемых неравновесных процессах в макросистемах, образующее неравновесную термодинамику, которую по существу и следует называть собственно термодинамикой, где изучаются процессы, идущие во времени. Заметим, что оба направления термодинамики начали развиваться почти одновременно в виде «теории тепла» в первой четверти Х1Х столетия (см. исторический очерк), но затем термостатика получила особенно широкое развитие и приобрела не вполне точное название термодинамики.
В старых курсах физики порознь рассматривали термостатику и учение о тепло- передаче, которое по современным взглядам относится сооственно к термодинамике. Так были построены лекции э Х Веедение А. Г. Столетова, а также книга «Теории теплоты> М. Планка и др. В нашем курсе мы рассмотрим главным образом термостатику, потому что она имеет наибольшее общее значение во всех отделах физики и потому, что без изучения термостатики невозможно освоение вопросов термодинамики неравновесных процессов. Лишь в последней главе мы дадим изложение важнейших частей неравновесной термодинамики.
5 2. ЗАДАЧИ 1ЕРМОДИНАМИКИ. НУЛЕВОЕ НАЧАЛО. ФЕНОМЕНОЛОГИЯ Ранее было отмечено, что термодинамика относится к области макрофизики. Остановимся несколько подробнее на том, что понимают под макрофизикой. В современной физике обычно различают прежде всего физику микрочастиц: электронов, протонов, атомов, молекул и фотонов, называемую микрофизикой в отличие от физики макроскопических тел (или систем), состоящих из огромного числа микрочастиц, которая собственно и называется макрофизикой. Заметим, что в последнем случае речь идет о макротелах, образуемых огромным числом микро- частиц, например — 1Ое' †'з частиц; к этим телам относятся тела непосредственно видимого нами мира.
Это число частиц в макротелах столь велико, что не представляется возможным изучать поведение отдельной частицы и потому здесь пригодны статистические методы, которые образуют собой весьма широкую область, называемую статистической физикой. Однако можно описать многие свойства макротел, отвлекаясь от подразумеваемого молекулярного строения их, а учитывая лишь поведение системы в целом, подобно тому как это делается во многих задачах механики, например в механике «сплошных сред». Этим путем следует термодинамика, которая отличается от статистической физики (или так называемой статистической термодинамики), где рассматриваются свойства макротел,обусловленные движениями и взаимодействием отдельных молекул (и других микрочастиц). Обычная классическая термодинамика подразумевает скрытое движение частиц, выражаемое темпсратурой.
Это положение является в термодинамике столь важньы|, что его иногда называют н ул е в ы м н а ч а л о м термодина.мики, чтобы подчеркнуть его принципиальное значение как исходной предпосылки, н формулируют в виде аксиомы: все тела прн тепловом равновесии обладают т е м п е р а т у р о й. Поскольку молекулярное тепловое движение является коренным свойством всех материальных тел, то нулевое начало следует считать фундаментальным исходным положением термодинамики. Повседневная практика показывает, что всякое тело обладает температурой, которая экспериментально (по Глава Х Общие понятия и определения крайней мере для достаточно больших участков тела) может быть измерена. По решению Международной комиссии (!963 г.).
для измерения температуры принята термодинамическая шкала температуры Кельвииа, в основу которой положена тройная точка воды (см. гл. 7); для удобства практики взята близкая к ней точка таяния льда 273,!5'К, соответствующая 0'С шкалы Цельсия. Поэтому температура в градусах Кельвина (Т) связана с температурой в градусах Цельсия (!) соотношением. Т = 273,15'К+ (. Весьма малое (бескоиечно малое) изменение температуры в градусах шкалы Цельсия и Кельвина одно и то же, как видно из написанного соотношения, т. е. г(Т = Ж.
Здесь мы пока ограничиваемся общеизвестным фактом наличия температуры всех тел, тогда как в главе 4 будет дано строгое термодинамнческое определение этого понятия. Подчеринем, что нулевое начало является исходным положением термодинамики, поскольку тепловое движение протекает во всех телах. Движение молекул неуничтожимо, как неуничтожимо всякое движение в природе, и это положение о молекулярном движении является одной из основ материалистического мировоззрения. Мы увидим, что абсолютный нуль температуры недостижим и на этом построена так называемая теорема Нернста, рассмотренная в главе 8. В классической механике температура тел не учитывается, и этим классическая механика по существу отличается от термодинамики, основанной именно на нулевом начале.
Поэтому можно, как многие делают, считать, что механика описывает движение и свойства тел (и систем) при абсолютном нуле температуры. Сказанное позволяет определить общую задачу термодинамики как науки, в которой изучаются свойства макроскопических тел (или систем), а также процессы в этих телах с учетом того, что последние всегда обладают измеримой температурой. Изучая явления в рамках классической термодинамики, как правило, отвлекаются от характера молекулярного и атомного строения вещества. При исследовании явлений обращают внимание исключительно на макроскопические свойства системы, которые оцениваются по опытным данным измерения с макроскопическими приборами: термометрами, калориметрами, манометрами и т. д.
Поэтому классическая термодинамика является по существу феноменологической наукой (от слова «феномен» вЂ” явление). Она почти не пользуется ника- Я л. Задачи термодинамики. Нулевое начало. Феноменология 7 кими гипотезами, которые не были бы связаны с грубыми макроскопическими явлениями. С точки зрения современной физики классическая феноменологическая термодинамика явно недостаточна, несмотря на ее большое значение в описании многочисленных явлений и общих выводов. Она недостаточна потому, что, помимо систематики фактов и описания макропроцессов, мы стремимся еще к объяснению этих фактов, а это без привлечения молекулярной теории строения веществ невозможно. В термодинамике рассматривается, например, процесс превращения тепла в работу в тех или иных условиях, но совершенно не затрагивается вопрос о том, каким образом этот процесс осуществляется за счет движения и взаимодействия молекул.
Феноменологический подход к явлениям, принятый в термодинамике, нельзя считать существенным недостатком этой науки. Скорее эта особенность метода классической термодинамики связана с неизбежностью применения его в тех случаях, когда нет необходимости вдаваться в детальное изучение скрытых микроскопических подробностей явления.
Так, например, в теории действия тепловых машин при определении их коэффициента полезного действия нет ни возможности, ни необходимости решать этот вопрос, рассматривая каждый раз движение и взаимодействие молекул рабочего вещества, их столкновения со стенками рабочего цилиндра, строение отдельных молекул и т. п. Так как рабочее тело в машине состоит из огромного количества молекул, то описание получилось бы столь сложным, что мы не смогли бы решить поставленной практически и принципиально важной задачи о к.
п. д, данной машины. С подобным феноменологическим методом мы встречаемся также в гидростатике и гидродинамике, в механике и т. д. В этих областях также не интересуются молекулярным строением вещества и тем не менее правильно решают множество вопросов течения или равновесия жидкости, равновесия механических систем и т. д. Феноменологический подход распространен во многих технических приложениях физики. Таким путем рассчитывают мосты, плотины, профиль крыла самолета и т. д.