Терлецкий Я.П. Статистическая физика (1994) (1185098), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Гиббса** и к монографии С, А. Богуславского*е*, содержащей наилучшее изложение идей метода Гиббса. Большая помощь пры составлении задач была оказана кандидатами физико-математических наук В. Б. Магалинскиме**« ы С. Ф. Шушуриным и цри оформлеыии рысунков Ю. П. Рыбаковым. Автор выражает им глубокую благодарность. Из предисловия ко второму изданию Второе издание книги отличается главным образом исправлением ряда неточностей и опечаток, допушенных в первом ыздании 1966 г. Кроме того, отдельные параграфы существенно дополнены новым матерыалом, а также включены новые задачи.
Общий же план книги и характер изложения оставлены без изменения. Дополнения сделаны главыым образом в гл. 3 — 5 и 7. Гл. 3 дополнена изложеыием обобщеыыого распределения Гиббса и более полыым изложением большого каноыического аысамбля. В гл. 4 дополыительыо рассмотрены флуктуации давления при фиксированном объеме и дано краткое изложеыые теории уравнения Колмогорова. В гл. 5 подробнее дана цепочка уравыений Боголюбова. Я воспользовался цеыными замечаниями, сделанными доцентом В. П.
Милантьевым, и включил предложенные им новые задачи. Пользуясь случаем, выражаю ему искреынюю благодарность. Предисловие к третьему изданию В отличие от предыдущых двух издаыий (1966, 1973) настояший курс существенно отличается включением расширеныого изложения термодинамики и распределением материала, при котором статистическая физика рассматривается как осыова всей атомистической теории тепла.
В связи с этим изложение осыов статистической теории предшествует термодинамическому методу, излагаемому ыа основе аксиом, разъясняемых с позиций атомистической статистической теорыи, а ые как незавысимые общие макроскопические «Лгоитегич йу.
А. Статистаческак физика. М., 1944. *«Гиббс Д. В. Осиоаиые приипипы статистической мачамыи. М., 1946. «««ЬЪгусгееский С. А. Избраииые труды по физике. М., 1961. ««««Бокыпак часть задач (см. гд. 3 — 6) преддопеиа В. Б. огагалинским. постулаты, '1'акое постРоение позволяет ставить вопрос о границах еннмосги термОдинамики и конкретных гиббсовых построении тистической механики. Кроме того, квантовая статистика излагается параллельно классической Это Оказалось возможным, поскольку в учебных программах по теоретической физике в последние годы начало изложении квантовой механики предшествует статистической физике и термодинамике.
Таким образом, курс существенно переработан и значительно расширен. Термодинамическая часть написана заново. Включены новые параграфы, отражающие развитие статистической и термодинамической теории за последние годы. В разделах статистической физики новыми являются з 51, 57, 76, 90, 91, 92. В. И. Зубовым написаны 8 27, 32, 65, 84, существенно переработаны или дополнены 8 8, 17, 18, 22, 23, 30, 31, 39, 52, 53, 93 и внесены уточнения в 8 45, 60. Ю. Г. Ермолаевым подобраны все задачи по термодинамике и существенно дополнены задачи по статистической физике.
Кроме того, Ю. Г. Ермолаев взял на себя труд составления и обновления рисунков по всем разделам курса, а также совместно с Я. П. Терлецким скомпоновал по-новому весь материал курса. Авторы выраяапот признательность Российскому университету дружбы народов за поддержку и содействие изданию зтой книги. ВВЕДЕНИЕ 1. Истоки теории тепла Статистическая физика и термодинамика составляют современную теорию тепловой формы движения материи. Имеется существенное методическое различие между статистической физикой и термодинамикой, однако обе эти теории органически дополняют одна другую и, по сути, представляют единую теорию тепла.
Термодинамика — это макроскоцическая, феноменологическая теория тепла. В ее основе лежит феноменологический или описательный метод. Физическая система в термодинамике изображается некоторой ограниченной совокупностью макроскопически измеримых параметров. Связь между ними и общие закономерности, которым они подчиняются, выводятся логически из аксиом, постулируемых как очевидные опытные факты. В отличие от термодинамики стшпистическал физика предсгавляет атомистическую или модельную теорию тепловой формы движения материи.
В основу теории заложена определенная динамическая модель вещества или излучения и сделаны некоторые статистические предположения об априорных вероятностях тех или иных микроскопических состояний динамической системы. Далее теория строится как статистическая теория динамической микросистемы, т. е. ее объектом являются не сами динамические переменные и микроскопические состояния, а их вероятности и статистические средние.
Вся термодинамика, т. е. все вытекающие из нее соотношения между макроскопически измеримыми величинами, содержатся в общей физической статистической теории как соотношения между соответствующими статистическими средними. В этом смысле термодинамика представляет следствие или часть статистической физики. Однако в ином смысле термодинамика представляет более общую теорию, поскольку в ее основе лежат лишь общие аксиомы, не содержащие каких-либо конкретных атомистических представлений и какой-либо определенной динамической модели вещества.
Такая общность термодинамики предоставляла аргументацию для ее противопоставления атомистическим представлениям о природе тепла и служила основанием для борьбы феноменологических 11 теорий с атомистическими, особенно острой во второй по~овине прошлого века.
Истоки борьбы атомистической и феноменологической кеорин тепла восходят еще ко временам первых попыток Бойля (1627— 1691) и Ньютона (1642 — 1727) представшпь теплоту как молекулярное движение. В то время еще не была создана какая-либо ко)шчественная кинетическая теория и теория теплорода представлялась более совершенной, хотя и она не находилась еще иа уровне удовлетворительной количественной физической теории. Дальнейшее развитие теории тепла связано с работой Даниила Бернулли (1700 — 1782), предложившего в 1738 г.
первые наброски количественной кинетической теории газов, объяснившей закон Бойля— Мариотта, но еще использовавшей представление о теплороде как о причине движения частиц, вызывающих своими ударааш давление на стенки сосуда. Вще более совершенная молекулярно-кинетическая теория тепла была предложена в 1745 г. М. В. Ломоносовым (1711 — 1765), из которой следовал целый ряд как качественных, так и колнчесгвенньсс выводов. Хотя Ломоносов неправильно (с современной точки зрения) считал тепловое движение лишь вращательным (но не колебательным и поступательным) двюкением молекул, однако его теория, не привлекая представлений о каком- либо теплороде, смогла объяснить упругую силу газов н предсказать отступление от закона Бойля — Мариотта, возникающего вследствие конечного радиуса молекул'. Ломоносов высказал предположение о существовании абсолютного нуля температуры и обосновал представление о превращении механического движения в тепловое.
Таким образом, первая количественная теория тепла была создана как молекулярно-кинетическая теория, но она встретила ожесточенные нападки со стороны сторонников теплородв, которые оказались в большинстве. В результате атомистическая теория Ломоносова была отвергнута, предана забвению и более столетия теория тепла развивалась как феноменологическая теория теплорода. Наивысшим, но в то же время последним достижением теории теплорода был открытый в 1824 г.
французским ученым Сади Карно (1796 — 1832) принцип, эквивалентный второму началу термодинамики. Затем последовали работы Джоуля (1818 — 1889), Роберта Майера (1814 — 1878), Гельмгольца (1821 — 1894), обосновавших закон сохранения энергии и показавших несостоятельность основного тезиса теории теплорода о его неуничтожимости. Однако теория тепла продолжала развиваться как феноменологическая теория, хотя было уже ясно, что в ее основе должны лежать молекулярно-кинетические представления. Последним триумфом чисто феноменологического направления было построение класснче- еЭто отступвевве вазывазот сейчас поправкой, секзаввой с козффвпвевтом Ь траввеввк пав-вер-наалзса.
12 ской 4рмодинамикн, завершенное к середине Х1Х в. Клаузиусом (1822 — ~1888) и Томсоном (1824 — 1907). нейшие существенные успехи в теории тепла связаны с развит~с»( не феноменологического, а молекулярно-кинетического направлеФия, основные положения которого были сформулированы Клаузиусом в 1857 г. и далее развиты Максвеллом (1831 — 1879) и Больцманом (1844 — 1906).
Однако более полувека официальная наука признавала лишь феноменологическую термодинамику. Ее приншшы были канонизированы Оствальдом (1853 — 1932) и положены в основу энергетизма — учения, отвергавшего атомизм и рассматривающего энергию как единственную первооснову физики. Это учение активно защищалось Махом (1838 — 1916) и его последователями.
Пожалуй, последним значительным достижением феноменологической термодинамики была теорема Нернста (1864— 1941) и сформулированный на ее основе третий закон термодинамики. Больцман, развивший атомистическую теорию тепла в стройную, внутренне непротиворечивую систему, всю жизнь вел непрерывную тяжелую борьбу с энергетизмом. Его борьба с Оствальдом, Махом и их приверженцами имела крайне острый характер и закончилась для Больцмана трагически (он покончил жизнь самоубийством в 1906 г. в возрасте 62 лег).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
