Д.В. Сивухин - Общий курс физики, Т2. Термодинамика и молекулярная физика (1106322), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Плаиленис и кристаллизация . 114. Зависимость давления насьпцонного пара от температуры ..... 115. Теплоемкость насьпценного пара 116. 'Гройные точки. Диаграммы состояния 117. Кипение и псрегревание жидкости 118. Зависимость давления насыщенного пара от крианзны поверхности жидкости 119. Метастабнльные состояния 120. Фазояые превращения второго рода 121. Конаектианая устойчивость жидкостей и газов Глана Х1. Растворы 122. Общие саедения 123. !застяоримасть тел 124.
Осмог и осмотическое давление 125. Закон Рауля 126. Повышение точки кипения и понижение твора 127. Правило фаз 128. Диаграммы состояния бинарных смесей Глава ХП. Симметрия и строение кристаллов 129. Симметрия тел 130. Кристаллические решетки . 131. Кристалличсскио системы 132. Пространственные группы и кристаллические классы лои . 133.Миллероеские индексы и индексы направлений ..... 134. Решетки химичоских элементоя и соединений 135. Дефекты в кристаллах 434 437 440 445 449 452 455 476 477 482 485 486 489 492 498 502 507 М2 516 519 523 Предисловие к первому изданию Второй том предлагаемого учебника курса физики, так же как и первый, написан на основе лекций, читавшихся автором на протяжении многих лет !начиная с весеннего семестра 1957 г.) для студентов первого курса Московского физико-технического института.
Поэтому все сказанное в предисловии к первому тому относится и ко второму. По сравненению с лекционным курсом книга. естественно, охватывает более широкий круг вопросов. Прв выборе материала и способа изложения автор стремился к тому, чтобы все изложенное не выходило за пределы того. что способен усвоить студент первого курса. Однако автор надеется, что его книга может оказаться полезной и для студентов более старших курсов, а также для всех лиц, изучающих и преподающих физику.
Некоторые вопросы молекулярной физики., в особенности относящиеся к физике твердого тела, не включены в книгу, так как студенты первого курса еше не подготовлены для их изучения. Эти вопросы предполагается изложить в последующих томах курса. При выборе вопросов автор не стремился к энциклопедичности изложения. 1!ель обучения физике заключается не в том, чтобы дать обучающемуся «все», а в том, чтобы научить его главному умению самостоятельно ставить и решать физические вопросы. В соответствии с этим разбор каждого вопроса, включенного в курс, ведется подробно, чтобы все принципиальное и существенное не прошло мимо внимания изучающего. Лекционные демонстрации по термодинамике и молекулярной физике осуществлялись лекционными ассистентами ~!.
Д. Кудряшевой, В. А. Кузнецовой, М. И. Маклаковым и Г. Н. Фрейбергом. Идеи многих задач, включенных в курс, принадлежат преподавателям физики Московского физико-технического института. Перечислить их всех затруднительно. Второй том этого курса издавался на ротапринте Московского физико-технического института в двух частях в 1972 †19 гг. Организация ротапринтного издания является заслугой Н. И. Петернмовой.
По сравнению с ротапринтным изданием настоящее издания несколько исправлено и дополнено главами о растворах. симметрии и строении крвсталлов. Рукопись второго тома бгяла частично просмотрена акадомиками В.,!!. Гинзбургом и М.А. ~!еонтовичеы, профессорами Э. И. Рашбой п Ю. И. П!иманским и доцентом И. Ф. Классен. Профессор И. А. Яковлев взял на себя труд рецензирования рукописи. Рукопись подверглась также внимательному рецензированию на кафедре экспериментальной физики Киевского государственного университета, возглавляемой профессором И.С.
Горбанем. Всем этим лицам. а также профессорам А. 3. Голику и А. М. Федорченко, с которыми консультировался И.С. Горбань при рецензировании рукописи, автор выражает глубокую благодарность. Их критические замечания немало способствовали улу ппению рукописи. ввкдкник 1. 7ермодииалпгка и молекуллрнал физика. которым посня1цен настоящий том нашего курса, изучают один и тот же круг явлений, а именно иакроскопаческае процессы н телах, т.е.
такие явления, которые связаны с колоссальным количеством содержащихся н телах атомов и молекул. Но эти разделы физики, взаимно дополняя друг друга, отличактгся различным подходом к изучаемым явлениям. Термодинамика, или общая теория теплоты, является аксиамати° веской наукой. Она не вводит никаких специальных гипотез и конкретных представлений о строении вещества и физической природе теплоты. Ее выноды оснонаны на общих принципах или иа'шлак, являющихся обобщением опытных фактов. Она рассматривает теплоту как род какого-то внутреннего движения,но не пытается конкретизировать,что это за движение. Молекулярная физика, напротин.
исходит из представления об атомно-молекулярном строении вещества и рассматринает теплоту как беспорядочное движение атомов н молекул. Молекулярная физика к широком смысле слова изучает нс только макроскопические явления. Она рассматривает также свойства и строенио отдельных молекул и атомов. Но эти вопросы мы здесь затрагивать не будем. Они будут рассмотрены н другом раздела, а именно н атомной физике.
Молекулярную физику часто называют также молскрз лрио-кинетической теорией строения вещества. В Х1Х неко, когда существование атомов и молекул ставилось под сомнение, гипотетические методы молекулярно-кинетической теории не находили сочунстния среди тех физиков, которые отрицательно относились ко всяким гипотезам и основанным на них теоретическим построениям. В этих условиях строгое разграничение между термодинамикой и молекулярно-кинетической теорией было оправдано: надо было отделить достоверные факты от гипотез. хотя бы и н высшей сгепени правдоподобных. Но ХХ нек принес окончательные неопровержимые доказательства реальности атомов и молекул.
Молекулярнокннстическая теория н основном утратила гипотетический характер, который был присущ ей н начальный период своего развития, Гипотетический элемент н молекулярно-кинетической теории сохранился лишь постольку; поскольку ей приходится пользонаться упрощенными идеализированными молекулярными моделями, которые не полностью, а лишь частично передают снойстна реши ных тел. Применять такие модели необходимо либо из-за недостаточности на|них знаний молекулярной структуры тел, либо для схематизации и упрощения явлений, без которых теоретическое изучение их было бы вообще невозможно. Поэтому отпала необходимость н том резком разграничении между термодинамикой и молекулярно-кинетической теорией, которое так строго проводилось на ранней стадии развития этих разделов физики.
Наш курс мы начнем с аксиоматической термодинамики, но Введение при ее изложении с самого начала будем привлекать и молекулярные представления. Термодинамика является одной из важнейших частой физики. Ее выводы достоверны в той же мере, в какой достоверны аксиомы, на которых она построена. Эти выводы используются во всех разделах макроскопической физики: гидродинамике, теории упругости, аэродинамике.
учении об электрических и магнитных явлениях, оптикс и пр. Пограничные дисциплины физическая химия и химическая физика — в значительной своей части занимаются приложениями термодинамики к химическим явлениям. 2. Термодинамика возникла в первой половине Х!Х века как теоретическая основа начавшей развиваться в то время теплотехники. Ее первоначальная задача сводилась к изучению закономерностей превращения теплоты в механическую работу в тепловых двигателях и исследованию условий, при которых такое превращение является наиболее оптимальным.
Именно такую цель преследовал французский инженер н физик Сади Карно (1798 1832) в сочинении «О движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» (1824 г.). в котором впервые были заложены начатки термодинамики, хотя и сохранились старые ошибочные воззрения на теплоту как на какое-то невесомое вещество хтеплород», которое не может быть ни создано, ни уничтожено. В да~и нейшем термодинамика далеко вышла за пределы указанной технической задачи.
11ентр тяжести переместился в сторону изучения физических вопросов. Основным содержанием современной физической термодинамики является изучение закономерностей тепловой формы даилсепил материи и связанных с ней физических явлений. Приложения к тепловым двигателям, холодильным установкам и прочим вопросам теплотехники выделились в самостоятельный раздел. назьгваемый технической термодинамикой.
В нашем курсе вопросы технической термодинамики практически будут привлекаться лишь для иллюстрации общих физических законов. 3. Тепловая форма движения материи — это хаотическое даиэ»сехие атомов и молекул макроскопических тел. Ее специфичность связана с необычной колоссальностью чисел молекул и атомов во всяком макроскопическом теле.'1'ак, в одном кубическом сантиметре воздуха при нормальных условиях содержится около 2,7 10 э молекул. При тепловом движении молекулы сталкиваются между собой и со стенками сосуда, в который заключена система. Столкновения сопровождаются резкими изменениями модуля и направления скоростей молекул.
В результате в системе возникает вполне беспорядочное движение, в котором с равными вероятностями представлены все направления скоростей молекул, а сами скорости меняются в широких пределах от очень малых до очень больших значений. с1тобы получить предварительное представление о характере движения молекул газа, приведем некоторые результаты кинетической теории газов. Введение 10 Средняя скорость теплового движения газовых молекул весьма велика.,[ля молекул воздуха она составляет при комнатной температуре почти 500 м,~с, возрастая с повышением температуры. Столкновения между молекулами газа происходят чрезвычайно часто. Например, молекула воздуха при нормальной плотности успевает н среднем пройти всего около 1О ' см от одного столкновения до следующего. Зная среднюю скорость молекулы, нетрудно подсчитать, что при нормальных температуре н плотности молекула воздуха за одну секунду испытывает до 5 миллиардов столкновений, причем число столкновений возрастает с увеличением температуры и плотности газа.
Еще чаще сталкиваются молекулы внутри жидкостей, так как они распределены в пространстве значительно более тесно, чем молекулы газа. Помимо поступательного движения совершаются беспорядочные вращения молекул, а также внутренние колебания атомов. нз которых они состоят. Все зто создает картину чрезвычайно хаотического состояния, в котором находится совокупносты ромадного числа молекул газов, а также жидких и твердых тел.
Такова природа теплоты с точки зрения молекулярно-кинетической теории строения вещества. О тепловом движении можно говорить только в тех случаях, когда рассматриваемая физическая система является макроскопв алкой. Не имеет смысла говорить о тепловом движении, когда система состоит из одного или небольшого числа атомов. 4. Термодинамика, как правило, изучает только гпермодинамичесхи равновеснахе сосгаолнил тел и медленные процессы, которые могут рассматриваться как практически равновеснкве состояния, непрерывно следующий друг за другом ) . (Понятие термодинамического равновесия дается в З 1.) Она изучает также вби1ие ватвнвмерности перехода систем в состояния термодинамического равновесия.
Круг задач молекулярно-кинетической теории значительно шире. Она изучает не только термодинамически равновесные состояния тел.но и процессы в телах, идущие с конечными скорое лми. Та часть молекулярно- кинетической теории, которая изучает свойства вещества в состоянии равновесия, называется статической термодинамикой, нли статической механикой. Та же часть, в которой изучаются процессы в телах, идущие с конечными скоростями, называется физической кинетикой, Аксиоматическая термодинамика называется также феноменологи ~еской.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
