Краткий курс термодинамики, страница 33

М и к р о с и с т е м а. По отношению к микросистеме понятие«тепло» теряет смысл. Вспомним, мы рассматривали теплообмен, какПриложение163способ передачи энергии от одного тела к другому в ходе хаотическогообмена энергией между составляющими эти тела молекулами. Толькостатистически, в результате сглаживания флуктуаций за счёт громад­ного числа элементарных актов обмена энергией на микроуровне, длямакроскопических тел можно говорить об определённом направлениисуммарного потока энергии, о том, что тепло переходит от более нагре­того тела к менее нагретому.В. С о в о к у п н о с т ь м и к р о с и с т е м. На первый взгляд мо­жет показаться, что здесь понятие теплопередачи также неприменимо.Однако, это неверно.

Рассмотрим этот вопрос с двух точек зрения.1) Газокинетический подход («модель шариков»). Теплоподвод со­ответствует столкновениям молекул газа с неподвижными стенками.Но при этом средние кинетические энергии теплового, хаотическогодвижения молекул стенки и молекул газа различны. Если, конкретно,температура стенок выше температуры газа, в среднем молекулы газабудут при соударениях приобретать добавочную энергию, а молекулыстенок — терять.

Идёт теплопередача от стенок газу; газ нагревается,а стенки охлаждаются.При совершении работы перемещается макроскопическое тело —поршень. Предположим, объём уменьшается, то есть поршень движет­ся внутрь сосуда, навстречу летящим к нему молекулам. Если при этомсоударения молекул с поршнем упругие, скорость молекул все же воз­растает. Запас энергии в системе растёт. Когда эта энергия равномернораспределится по всем степеням свободы молекул, мы обнаружим по­вышение температуры газа.2) Последовательно статистический подход (распределения подси­стем по состояниям).Рассмотрим опять систему электронов в магнитном поле.

Если из­меняется поле, оно совершает работу над системой. При этом меняетсяразличие в энергиях электронов, ориентированных по полю и противполя. В системе меняется энергетический спектр состояний.Иначе обстоит дело при теплообмене. Раз не меняется поле, неиз­менным остаётся и спектр состояний в системе. Изменяется лишь засе­лённость уровней, распределение подсистем по состояниям.Совершенно аналогичным образом можно рассмотреть на микро­уровне и систему, представляющую собой, к примеру, идеальный газв сосуде.

Если энергия газа возрастает при неизменном объёме — кгазу подводится тепло, то происходит просто перераспределение моле­кул по ячейкам в пространстве импульсов (или, что то же самое, впространстве скоростей).164ПриложениеЕсли же производится работа, т. е. уменьшается объём сосуда, со­бытия развиваются несколько сложнее. Уменьшается доступный под­системам (молекулам) объём в конфигурационном пространстве. Со­хранение прежней величины доступного системе объёма в фазовомпространстве (прежнего числа ячеек) возможно только за счёт уве­личения объёма в пространстве импульсов, в пространстве скоростей.В расчёте на фиксированный диапазон энергий число состояний под­систем, число квантовых ячеек, уменьшается.

Иначе говоря, меняетсяэнергетический спектр поступательных степеней свободы (тех самых,о которых обычно говорят, что они не квантуются).Литература1. Белонучкин В. Е. Краткий курс термодинамики. — М.: Шанс, 1994,1995.2. Основы физики. курс общей физики Т. II Квантовая и статистическаяфизика, термодинамика. / Белонучкин В. Е., Заикин Д. А., ЦипенюкЮ. М. — М.: Физматлит, 2001, 2007.3. Сборник задач по общему курсу физики. Ч. I, под. ред. В.А. Овчинки­на. — М.: МФТИ, 1998, 2002.4.

Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. II. Термодинамика и молеку­лярная физика. — М.: Физматлит, 2006.5. Берклеевский курс физики. Т. V. Ф. Рейф. Статистическая физика. —М.: Наука, 1972, 1986; СПб., М., Краснодар: Лань, 2005.6. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике.Вып.

IV. Кинетика. Теплота. Звук. — М.: Мир, 1965; М.: УРСС, 2004;М., Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009.7. Коротков П. Ф. Молекулярная физика и термодинамика: — М., МФТИ,2010.8. Заикин Д. А. Энтропия. М.: МФТИ, 2003..