ЭБЗ Классическая физика (часть 1) - механика, термодинамика и молекулярная физика (1175272), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Таким образом, теория относительности не «зачеркнула» классическую механику, а лишь указала границы ее применимости (v << c). При этих условиях классическая механика для макротел будет справедлива всегда, так как она отражает объективные законы природы. Это одно из проявлений принципа соответствия, который будет подробно обсужден в разделе квантовойфизики [6].Полезно остановиться на том, что предельный характер скорости с света в вакуумевовсе не означает принципиального ограничения возможности проникновения людей вдалекие области Вселенной.
По мере приближения скорости v космического корабля кзначению c замедляется ход времени на корабле. Поэтому, чем v ближе к c, тем больший путь может пройти космический корабль относительно Земли за один и тот жепромежуток собственного времени на корабле, т. е. тем более дальний космический перелет могут совершить космонавты за свою жизнь.Следует обратить внимание студентов на то, что А. Эйнштейн не только создалтеорию относительности, но и революционизировал стиль мышления в физике. В связис этим большое воспитательное значение может иметь разговор о раскрепощённостимышления, о смелости ученого. И вообще, в курсе физики следует останавливаться наличностях творцов науки, специфике их мышления (единство физического и философского подходов к проблемам), так как многие ученые-физики явили собой пример высоких нравственных идеалов и гражданского мужества.В заключение рассмотрения данной темы разумно указать, что теория относительности (так же, как и квантовая механика) не являются «истинами в последней инстанции».
Безусловно, со временем будет создана более общая теория, из которой и законыквантовой теории, и законы теории относительности будут получаться как частныеслучаи.ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ ИТЕРМОДИНАМИКИБлестящие успехи механики Ньютона привели к формированию так называемоймеханической картины мира, сводящей все явления к результатам механических движений различных тел как макроскопических, так и микроскопических размеров [7]. Вчастности, возникла механическая теория тепловых явлений – молекулярная физика итермодинамика.Предмет молекулярной физики и термодинамики.Термодинамический и статистический методы.Молекулярно-кинетическая теория газовСледует обратить внимание студентов на вопрос о том, почему эти разделы изучаются вместе.
Что между ними общего и в чем различие? Общее – изучаемые ими вопросы. И молекулярная физика, и термодинамика занимаются вопросами состояния тели теми процессами, которые происходят при переходе вещества из одного агрегатногосостояния' в другое. Различие – в методах исследования этих вопросов.Задача молекулярной физики состоит в том, чтобы на основе представлений о молекулярном движении объяснить физические свойства вещества в газообразном, жидком и твердом состояниях, явления перехода из одного состояния в другое, а также физические процессы, происходящие в веществе при внешних воздействиях.Здесь можно отметить, что у великого русского ученого М.
В. Ломоносова – первого русского академика – среди многочисленных трудов были сочинения о строениивещества. Он одним из первых указал, что тепловые явления связаны с изменением вдвижении и расположении невидимых частиц, из которых состоят тела, высказывалидеи, опередившие развитие науки более, чем на сто лет. Объясняя, почему мы не видим движения частиц, он писал: «...нельзя также отрицать движения там, где глаз егоне видит, кто будет отрицать, что движутся листья и ветви деревьев в лесу при сильномветре, хотя издали он не заметит никакого движения. Как здесь из-за отдаленности, таки в горячих телах, вследствие малости частичек вещества, движение скрывается от взоров» [8].
А вот как представлял себе Ломоносов строение газов: частицы воздуха«сталкиваются с другими соседними в беспорядочной взаимности, отскакивают друг отдруга и снова сталкиваются с другими, более близкими, снова отскакивают, так чтостремятся рассыпаться во все стороны, постоянно отталкиваемые друг от друга такимиочень частыми взаимными ударами» [8]. Ломоносов правильно объяснил и многие другие явления, а его взгляды на строение вещества были близки к современным.Молекулярная физика изучает явления, которые составляют результат совокупногодействия огромного числа частиц. Такие коллективы подчиняются уже законам статистики. Поэтому метод молекулярной физики, который принято называть молекулярнокинетическим методом, является статистическим.В основе статистического метода применительно к молекулярной физике лежатследующие утверждения:1. Совокупность огромного множества молекул имеет свойства, отличные отсвойств каждой молекулы в отдельности.
Хотя поведение каждой отдельной молекулыподчиняется законам механики, движение совокупности огромного числа молекул естьновая форма движения, качественно отличающаяся от механической.2. Существует определенная количественная связь между макроскопическимисвойствами коллектива молекул и средними значениями тех микроскопических физических величии, которые характеризуют поведение и свойства каждой молекулы в отдельности. Например, средняя кинетическая энергия молекулы газа пропорциональнаего абсолютной температуре, являющейся свойством коллектива молекул.3. Для установления связи между макроскопическими свойствами вещества и микроскопическими свойствами не играют роли ни направление движения, ни величинаскорости каждой молекулы.
Важны только средние значения этих величин и распределение молекул по различного рода параметрам. Например, при выводе основного уравнения кинетической теории газов для давления не нужно знать точно, сколько молекулдвижется в данном направлении. Совершенно достаточно исходить из утверждения,что с учетом огромной величины числа молекул и неупорядоченности их движения приотсутствии внешних воздействий нет оснований выделять какое-либо направление какпреимущественное.
Все направления движения молекул газа равновероятны.Переходя к рассмотрению молекулярно-кинетической теории идеальных газов, необходимо подчеркнуть студентам, что многие газы (азот, водород, гелий, кислород,воздух и др.) можно считать идеальными уже при плотностях, соответствующих обычным атмосферным давлениям и температурам. При этих условиях концентрация молекул газа n0 ~ 1025 1/м3, а среднее расстояние между молекуламиr =31≈ 10 −8 м ,n0т.
е. настолько велико, что силами межмолекулярного взаимодействия можно пренебречь. Суммарный собственный объем всех молекул, содержащихся в 1 м3 газа:n0πd 36~ 10 −5 м 3 << 1 м 3 .Следовательно, собственным объемом молекул газа также можно пренебречь. В то жевремя суммарная площадь поверхности всех молекул газа, содержащихся в сосуде объемом 1 м3 n0πd2 ~ (105 ÷ 106) м3, т. е.
во много раз больше площади поверхности стеноксосуда. Поэтому молекулы газа, несмотря на малую величину их эффективного диаметра d, значительно чаще сталкиваются друг с другом, чем со стенками сосуда. Иначеговоря, возможность пренебрежения собственным объемом молекул газа отнюдь не означает возможности пренебрежения их взаимными столкновениями.Сопоставляя полученные теоретические результаты с опытными данными, молекулярная физика, с одной стороны, проверяет правильность своих представлений, их соответствие объективной действительности и, с другой – добивается более глубокогопроникновения в сущность физических явлений и закономерностей, открывая такиестороны явлений или особенности процессов, которые без теории оставались бы незамеченными.
Здесь отчетливо проявляется принцип диалектического единства теории иопыта.Термодинамика, в отличие от молекулярно-кинетической теории, изучает макроскопические свойства тел и явления природы, не интересуясь их микроскопическойкартиной, не вводя в рассмотрение молекулы и атомы. Не входя в микроскопическоерассмотрение процессов, термодинамика позволяет сделать целый ряд выводов относительно их протекания.
В основе термодинамики лежит несколько фундаментальныхзаконов, называемых началами термодинамики, установленных на основании обобщения большой совокупности опытных фактов. В силу этого выводы термодинамикиимеют весьма общий характер. Законы термодинамики можно применить к электрическим и магнитным явлениям, процессам теплового излучения, радиоактивному распаду, астрофизике и т. д. Вообще нет такой области физики, химии и биологии, в которойнельзя было бы пользоваться термодинамическим методом.
Более того, некоторые нау-ки, например, физическая химия, достигли своего современного уровня только на основе термодинамики, В этом сила термодинамического метода.Однако, так как термодинамика не вникает в сложные процессы, которые происходят внутри вещества, не рассматривает физику этих процессов, а также не описываетотступления от средних значений (флуктуации), термодинамический метод в известномсмысле ограничен и в этом его слабость.Таким образом, подходя к рассмотрению изменений состояния вещества с различных точек зрения, термодинамика и молекулярно-кинетическая теория взаимно дополняют друг друга.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
