Макроскопическое состояние. Тепловое равновесие. Идеальный газ

Системой тел (системой) будем называть совокупность рассматриваемыхтел.Простым примером системы, состоящей из множества частиц, являетсяоднородный газ. Если газ разряжен, т.е. число молекул в единице объема мало, то среднее расстояние между молекулами велико и их взаимодействие друг с другом незначительно. Газ называется идеальным, если взаимодействием его молекул можно пренебречь. Идеальный газ является, таким образом, чрезвычайно простой системой. Любая его молекула большую часть времени движется как свободная частица, на которую не оказывают влияния другие молекулы или стенки сосуда. Только изредка молекула настолько близко подходит к другой молекуле или к стенкам сосуда, что между ними может возникнуть взаимодействие. Кроме того, если газ сильно разряжен, среднее расстояние между молекулами значительно больше, чем дебройлевская длина волны молекулы. В этом случае квантово-механические эффекты пренебрежимо малы, и молекулы можно считать обособленными частицами, движущимися по классическим траекториям.

Состояние макросистемы характеризуется величинами, которые называются термодинамическими параметрами (давление р, объем V, температура Т и др.). Если эти параметры имеют определенные и постоянные значения для любой части макросистемы, то ее состояние называется равновесным. Равновесная ситуация в макроскопической системе наиболее проста в силу следующих причин:

1. Макросостояние системы, находящейся в равновесии, не зависит от времени. Когда система находится в состоянии равновесия, средние значения макроскопических параметров остаются постоянными во времени, однако сами параметры могут иметь небольшие случайные изменения (флуктиации).

2. Макросостояние системы в равновесии является наиболее вероятным.

Будучи выведена из состояния равновесия, система становится неравновесной и возвращается в равновесное состояние за время , называемое временем релаксации. Это время, в течение которого первоначальное отклонение какого-либо параметра состояния уменьшается в е раз. Для каждого параметра время релаксации имеет свое значение.

Равновесное состояние можно представить точкой в пространстве, по координатным осям которого откладываются значения параметров состояния. Если независимыми являются только две переменные (например, р и V), то равновесное состояние изображают точкой на диаграмме .

Тепловое равновесие макросистемы характеризуется температурой. Если при установлении теплового контакта между телами одно из тел передает энергию другому посредством теплопередачи, то считают, что первое тело имеет большую температуру, чем второе.

Любой метод измерения температуры требует установления температурной шкалы. Для этого используют некоторые особые точки. По международному соглашению температурную шкалу строят по одной реперной точке - тройной точке воды . В термодинамической шкале температур (шкале Кельвина) принимается по определению, что К. При таком значении интервал между точками плавления льда и кипения воды равен 100К. Температура t по шкале Цельсия связана с температурой по шкале Кельвина равенством:

Температуру Т =0 называют абсолютным нулем, ему соответствует

Температура – это одна из макроскопических характеристик макросистемы. Она не имеет смысла для систем, состоящих из нескольких молекул.

Дата добавления: 2014-01-03