Р. Кубо - Термодинамика (1134470), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Для удобства звеадочкой (*) Предисловие и лиангнеюу изданию отмечены те параграфы и примеры, которые не нужны при решении задач группы А. В приведенных в настоящей книге задачах по термодинамике и статистической механике рассматриваготся главным образом равновесные состояния. Вероятно, было бы желательно охватить и кинетические методы, а танисе приложения термодинамики и статистической механики к неравновесным проблемам. Нам пришлось, однако, ограничиться лишь сжатым рассмотрением этих вопросов в последней главе (гл.
6 «Статистической механики» '). Зто вызвано тем, что объем книги и так оказался гораздо больше, чем предполагалось ранее; кроме того, задачи на неравновесные процессы, конечно, значительно более еленины. Как упоминалось ранее, квантовая механика описывает динамику микромира. В этом смысле статистическая механика дописка быть квантовой. Поскольку, однако, целью настоящей книги является обучение методам статистической механики, для решения задач групп А и В вполне достаточно элементарных сведений по квантовой механике.
Поэтому даже те студенты, которые не специализируготся на изучении физики, но имеют простейшие представления о квантовой механике, не встретят серьезных трудностей, начав читать эту книгу. При изучении физической проблемы очень важно понимать ее как проблему именно физическую. Математические выкладки иногда скучны, а иногда требуют определенных технических навыков. Не следует, конечно, пренебрегать изучением математических методов, но было бы большой ошибкой увлечься математикой и забыть про физику. Преподавателям часто приходится иметь дело со студенческими работами, где студент получает правильные значащие цифры, но при этом ошибается на два-три порядка по величине или в размерности. Однажды проф. Нагаоко — пионер японской физики — во время лекции проводил вычисления на доске.
В конце вычислений он поменял знак в ответе, заметив: «Здесь скорее должен стоять плюс, чем минус. Не так ли?» Ошибиться в математических выкладках очень легко. Поэтому физические соображения особенно важны, ибо они позволяют определить правильный знак, даже если вычисления подвели вас. Во многих случаях результат, полученный при вычислениях, легко понять, по крайней мере качественно.
Его, может быть, трудно угадать до вычисления, но, проведя все выкладки, не следует лениться подумать над результатом еще раз и попытаться понять его физический смысл. Подобные замечания не делаются в реше- ') Напоминаем читателю, что а оригинальном японском падании термодвпамика я статистическая механика содержались в одной книге. Предисловие к японскому ивдаииво киях задач, позтому мы особенно подчеркиваем здесь важность такого подхода. Проводя семинары со студентами, мы иногда делаем перерывы, чтобы поговорить о разных проблемах. Точно так же в разных местах книги мы позволили себе так называемые «Отступлениям Изучая материал книги и решая задачи, читатель тоже, как мы надеемся, найдет время немного отвлечься и за чашкой кофе или сигаретой прочитать авторские отступления.
Разделы «Основные поло»кения» почти целиком написаны Р. Кубо. Примеры и задачи отбирались всеми авторами. Окончательная проверка решений была проведена Р. Кубо, а общая компоновка книги осуществлена Н. Хасизуме. Авторы будут благодарны читателям за все замечания о тех ошибках, которые могли ускользнуть от нашего внимания. Риего Кубо ГЛАВА $ Термодинамическое состояние и первый закон термодинамики В этой главе обсуждается понятие термодннамического состояния, а также понятия, связанные с первым законом термодинамики.
Прнступающие к изучению термодинамики должны иметь ясное представление о физическом смысле этих понятий. В частности, нужно отметить, что работа и теплота не являются функциями состояния, а зависят от пути перехода из одного состояния системы в другое. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ $1, Предмет термодинамики Ни>не перечисляются и поясняются некоторые основные понятия и термины, используемые в термодинамике. Чтобы не загромождать изложение, не всем понятиям дается строгое определение.
В тех случаях, когда зто необходимо по ходу рассуждений, приводятся более строгие определения. Термодинамические сигтпемы. Терхюдинамика занимается изучением макроскопичвских систем, пространственные размеры которых и время существования достаточны для проведения нормальных процессов измерения. Такого рода системы могут состоять из большого числа материальных частиц (например молекул, атомов, электронов и т. д.), или полей, например электромагнитного поля. В любом случае мы имеем дело с динамическими системами, обладающими чрезвычайно большим числом степеней свободы. Системы с малым числом степеней свободы термодинамикой не рассматриваются. Термастат.
Если изучается часть полной системы, то остальную часть будем называть окружающей средой, или окружением. Более абстрактно окружение можно рассматривать, как термостат, который налагает некоторые условия иа изучаемую систему (например, условия постоянства температуры, давления, химического потенциала и т. д.). Изолированная система. Независимая система, которая совершенно нв взаимодействует с окружающей средой, называется изолированной системой. з2 Гл.
л. Террнодннамнческое состепнне и первый закон Заккнутпая система. Система, которая не обменивается веществом с окружающей средой, называется аамкнутой системой. Открытая система. Система, которая обменивается веществом с окружающей средой, называется открытой системой. й 2. Ванятке теплового равновесия (нулевой закон термодинамики) Состояние теплового равновесия изолированной системы. Изолированная система (например, газ, заключенный в сосуде с нетеплопроводящими стенками) неаависимо от своего начального состояния в конечном итоге приходит в состояние, которое в дальнейшем уже ие меняется.
Это конечное состояние называется состоянием термического, или теплового, равновесия. Если говорить о микроскопической картине, то материальные частицы продолжают свое сложное квин<ение, но с макроскопической точки зрения термически равновесное состояние является простым состоянием, которое определяется несколькими параметрами, как, например, температурой и давлением з). Тепловое равновесие двух систем. Если две изолированные системы А в В приведены в контакт друг с другом, то полная система А + В в конечном итоге переходит в состояние теплового равновесия.
В этом случае говорят, что системы А и В находятся в состоянии теплового равновесия друг с другом. Казкдая из систем А и В в отдельности также находится в состоянии теплового равновесия. Это равновесие не нарушится, если устранить контакт между системами, а затем через некоторое время восстановить вго.
Следовательно, если установление контакта между двумя системами А и В, которые до этого были изолированными, не приводит ни к каким изменениям, то можно с гнтать, что эти системы находятся в тепловом равновесии друг с другом (А В). Нулевой закон термодинамики (закон транзитивности теплового равновесия). Если системы А и В находятся в тепловом равновесии и системы В и С паходятся в тепловом равновесии, то системы А и С также находятся в тепловом равновесии между собой: (1.1) А В, В С-нА С. Этот эмпирический аакон называется нулевым законом термоди- намики.
') Термически равновесное состояние, определенное таким образом, принято называть термодинамически равновесным.— Прим. ред. Оеноеные заложения Термодинамичеекое сост яние, или просто состояние системы. З буквальном смысле этот термин означает то же самое, что и состояние теплового равновесия. Однако в общем случае можно считать, что полная система находится в термодннамическом состоянии, если различные ее части находятся в термически равновесных состояниях, тогда как для всей системы в целом это несправедливо. Например, если в системе из двух тел А и В каждое тело имеет свою температуру Тл и Тв, то о полной системе можно скааать, что она находится в термодинамическом состоянии, которое определяется техшературами (Тл, Тв). Термически равновесные состояния, в которых находятся отдельные части системы, называются локально равновесными, 4 3. Термодинамическнй контакт Термодинамическим контактом называется такая связь между системами, при которой возможно хотя бы одно из следующих типов взаимодействия между термодинамическнми системами: 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
