ЭБЗ Классическая физика (часть 1) - механика, термодинамика и молекулярная физика (1175272), страница 85
Текст из файла (страница 85)
Область пространствадолжна быть столь малой, чтобы гравитационное поле в ней можно было считать однородным.Принцип эквивалентности не следует понимать как утверждение о тождественности сил инерции и сил ньютоновского тяготения между телами. Действительно, напряженность истинного гравитационного поля, создаваемого телами, убывает по мереудаления от этих тел и обращается в нуль, на бесконечности. Гравитационные поля,«эквивалентные» силам инерции, не удовлетворяют этому условию. Например, напряженность гравитационного поля, «эквивалентного» центробежным силам инерции вовращающейся системе отсчета, неограниченно возрастает по мере удаления от осивращения.
Напряженность поля, «эквивалентного» переносным силам инерции в поступательно движущейся системе отсчета, всюду одинакова.3°. Истинное гравитационное поле, в отличие от «эквивалентного» силам инерции,существует как в неинерциальных, так и в инерциальных системах отсчета. Никакимвыбором неинерциальной системы отсчета нельзя полностью исключить истинноегравитационное поле, т. е. скомпенсировать его во всем пространстве «полем силинерции». Это следует хотя бы из различного поведения «полей сил инерции» и истинных гравитационных полей на бесконечности.
Такое исключение гравитационногополя можно осуществить лишь локально, т. е. для малой области пространства, в пределах которой это поле можно считать однородным, и для промежутка времени, в течение которого поле можно считать постоянным. Соответствующая этой операции неинерциальная система отсчета должна двигаться с переносным ускорением, равнымускорению свободного падения тел в рассматриваемой области истинного гравитационного поля. Так, в космическом корабле, совершающем свободный полет в гравитационном поле, силы тяготения компенсируются переносными силами инерции и невызывают относительного движения тел на корабле.ОТДЕЛ II. ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙФИЗИКИ И ТЕРИОДИНАМИКИГЛАВА II.1.
ИДЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ§ II.1.1. Предмет молекулярной физики. Тепловоедвижение1°. В разделе физики, называемом молекулярной физикой, изучаются зависимостистроения и физических свойств тел от характера движения и взаимодействия междучастицами, из которых состоят тела.Молекулярная физика основывается на молекулярно-кинетической теории строения вещества. Согласно этой теории, вес тела состоят из мельчайших частиц – атомов,молекул или ионов, находящихся в непрерывном хаотическом движении, которое называется тепловым движением.
Экспериментальными подтверждениями молекулярнокинетической теории являются броуновское движение (II.4.7.1°), явления переноса вразличных агрегатных состояниях вещества и другие явления.2°. Молекулярно-кинетическая теория строения вещества успешно применяется вразличных разделах физики. В этой теории с единой точки зрения рассматриваютсяразнообразные физические явления, протекание которых зависит от взаимодействия идвижения частиц вещества. Например, эта теория позволяет понять механизм упругихсвойств твердых тел (VII.1.3.1°), вскрывает причину внутреннего трения в газах(II.3.8.4°) и жидкостях, объясняет различия между реальными газами (II.5.1.2°) и идеальным газом (II.1.4.1°).На основе молекулярно-кинетической теории строения вещества объясняется механизм электропроводности различных по своей природе проводников электрическоготока, электрические и магнитные свойства веществ.3°.
Тепловое движение частиц вещества в различных агрегатных состояниях неодинаково. Оно зависит от сил притяжения и отталкивания, действующих между атомами, молекулами и ионами.Силы притяжения между атомами и молекулами достаточно разреженных газовпрактически отсутствуют. Это связано с тем, что частицы таких газов находятся другот друга на расстояниях, превышающих радиус молекулярного действия (II.5.2.3°).Частицы таких газов движутся равномерно и прямолинейно до тех пор, пока они несталкиваются между собой или со стенками сосуда.
Эти столкновения носят случайныйхарактер. Каждая молекула может в объеме газа испытать соударение с любой из ближайших к ней частиц и изменить произвольным образом направление своего движения.Соударение молекулы (атома) газа со стенкой может происходить под любым угломπ⎞⎛ π≤ ϑ ≤ ⎟ . В итоге тепловое движение молекул газов является беспорядочным2⎠⎝ 2ϑ ∈⎜−и, в среднем, в любом произвольном направлении внутри газа в любой момент временидвижется одинаковое число молекул.4°. Твердые, кристаллические тела характеризуются значительными силами взаимодействия между частицами твердых тел (атомами, молекулами, ионами).
Совместноедействие сил притяжения и отталкивания между этими частицами (II.5.1.3°) приводит ктому, что частицы твердых тел совершают колебания около средних равновесных положений, называемых узлами кристаллической решетки (VII.1.1.1°). Межмолекулярноевзаимодействие и нарушение периодичности в кристаллах (VII.1.1.1°) приводят к тому,что эти колебания являются ангармоническими (IV.1.1°).5°. Тепловое движение молекул жидкости имеет промежуточный характер междудвумя предыдущими видами движения (см. пп.
3° и 4°). Молекула жидкости некотороевремя колеблется около некоторого положения равновесия и находится в оседлом положении. По истечении некоторого времени положение равновесия молекулы смещается и образуется новое оседлое положения. Происходят одновременно, медленные перемещения молекул и их колебания внутри малых объемов (см. также II.6.2.3°).§II.1.2.Статистическийитермодинамическийметоды исследования1°. Число атомов (молекул) в любом теле огромно. Например, в 1 см3 газа, близкогопо своим свойствам к идеальному, при нормальных условиях содержится 2,7·1019 молекул. В конденсированных состояниях – жидком и твердом – порядка 1022 частиц/см3.Если считать, что движение каждого атома (молекулы) вещества подчиняется второмузакону Ньютона (I.2.4.1°), то не может быть и речи не только о решении дифференциальных уравнения движения отдельных частиц вещества, но даже и о написании этихуравнений.
Поэтому поведение отдельной молекулы (атома) тела, например, ее траек-тория, последовательность изменения ее состояний, не может быть изучено методамиклассической механики.2°. Макроскопические свойства систем, состоящих из очень большого числа частиц, изучаются статистическим методом. Статистический метод основан на использовании теории вероятностей и определенных моделей строения изучаемых систем.Раздел теоретической физики, в котором физические свойства систем изучаются с помощью статистического метода, называется статистической физикой (физическойстатистикой). В совокупном поведении большого числа частиц проявляются особыезакономерности, называемыми статистическими закономерностями. В системе, состоящей из большого числа частиц, существуют некоторые средние значении физических единиц, характеризующих всю совокупность частиц в целом.
Так, в газе существуют средние значения скоростей теплового движения молекул (II.3.3.6°) и их энергий(II.3.2.4°). В твердом теле существует средняя энергия, приходящаяся на каждую степень свободы колебательного движения частицы (VII.2.7.2°), и т. д. Все свойства системы частиц обусловлены не только индивидуальными свойствами самих частиц, нотакже особенностями их совокупных движений и средними значениями динамическиххарактеристик частиц (средние скорости, средняя энергии и т.
д.).Помимо статистических закономерностей существуют динамические закономерности, описывающие движения отдельных частиц. Связь между динамическими и статистическими закономерностями проявляется в том, что законы движения отдельных частиц влияют на описание свойств системы частиц, изучаемой статистическим методом.3°. Кроме статистического метода исследования физических явлений существуеттермодинамический метод, в котором не учитываются внутреннее строение веществтех тел (систем), которые изучаются, и характер движения отдельных частиц. Термодинамический метод основан на изучении различных превращений энергии, происходящих в системе.
Условия этих превращений и соотношения между разными видамиэнергий позволяют изучать физические свойства исследуемых систем при самых разнообразных процессах, в которых эти системы участвуют. Раздел физики, в которомфизические свойства систем изучаются с помощью термодинамического метода, называется термодинамикой (феноменологической термодинамикой). Термодинамика основывается на двух установленных опытным путем законах (началах) термодинамики(II.2.3.1°, II.4.3.2°), а также на тепловой теореме Нернста, или третьем начале термодинамики (II.4.8.2°).§ II.1.3. Термодинамические параметры. Уравнениесостояния. Термодинамический процесс1°.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
