Теория:
Эксперименты в МКТ
Тепловые явления в физике описываются с помощью двух теорий — термодинамики и молекулярно-кинетической теории (или статистической механики). Термодинамика исторически появилась ранее молекулярно-кинетической теории (далее — МКТ) и представляет феноменологическую (описательную) теорию, опирающуюся на экспериментальные законы без использования молекулярного строения вещества, и основное внимание в ней уделяется описанию энергетических закономерностей в состоянии термодинамического равновесия.
Обрати внимание!
Статистическая механика опирается на экспериментально доказанные основные положения МКТ:
1) доказательство существования атомов, молекул (строение вещества);
2) их непрерывное и хаотическое движение (броуновское движение);
3) их взаимодействие друг с другом (силы взаимодействия молекул).
Модель и параметры газа
| Термодинамическая система | Любое физическое тело или система тел (например, совокупность \(N\) молекул/атомов, т. е. газ) |
| Модель газа в физике | Идеальный газ: 1) система из одинаковых молекул, которые моделируются материальными точками; 2) движение молекул описывается законами классической механики; 3) во время столкновения происходит абсолютно упругий удар |
| Макроскопические (термодинамические) параметры | Физические величины, которые описывают состояние термодинамической системы, не учитывая её молекулярное строение (например, объём \(V\), давление \(p\), температура \(t\) и др.) |
| Микроскопические параметры | Физические величины, которые описывают состояние/свойства отдельной молекулы (например, масса молекулы \(m_0\), молярная масса \(M\) (\(\nu = \frac{m}{M}\)), количество вещества \(\nu = \frac{N}{N_A}\), где \(N_A = 6 · 10^{23} \ моль^{-1}\) — постоянная Авогадро) |
| Тепловое (термодинамическое) равновесие | 1) Макроскопические параметры системы остаются постоянными. 2) В состоянии теплового равновесия происходит измерение эмпирической температуры (эмпирический от греч. «опыт»). 3) Направление теплообмена между объектами обусловлено различием их температур |
| Термодинамический процесс | Изменение термодинамических параметров в зависимости от времени |
Равновесные (медленные, обратимые) процессы (квазистатические) | В любой момент времени устанавливается новое состояние термодинамического равновесия системы (например, очень медленное сжатие газа), т. е. все параметры являются постоянными величинами в зависимости от времени (стационарное состояние термодинамической системы). Обрати внимание! При термодинамическом и статистическом подходах описания тепловых явлений в основном рассматриваются равновесные процессы (например, графики зависимостей между макроскопическими термодинамическими параметрами изображают такие процессы) |
Неравновесные (необратимые) процессы (нестатические) | Наблюдаются при нарушении термодинамического равновесия |