Основни понятия в термодинамиката и статистическата физика

Страницата е създадена на:19 октомври 2018 и редактирана на: 8 февруари 2020

Телата, които човек вижда с невъоръжено око, се наричат макроскопични тела. Редица явления, в които участвуват макроскопични тела, могат да бъдат обяснени с предположението, че тези тела се състоят от много малки градивни частици. Например: разтварянето на твърди вещества в течности, смесването на газове и смесването на течности, изпарението и др. Най-малките градивни частици на веществото, които определят неговите физични свойства, могат да бъдат атоми, йони или молекули.

Система от едно или повече тела, която заема крайна част от пространството и се състои от много голям брой градивни частици (молекули и атоми) наричаме термодинамична система.

Ако една термодинамична система обменя със заобикалящите я тела (околната среда), както енергия, така и вещество, системата се нарича отворена. Ако термодинамична система обменя само енергия, но не обменя вещество с околната среда, тя се нарича затворена, а ако не обменя нито енергия, нито вещество - изолирана. Термодинамичните системи се изучават във физиката чрез два различни подхода - статистически и термодинамичен.

При статистическият подход термодинамичната система се разглежда като механична система, съставена от огромен брой частици, които се движат и взаимодействуват помежду си. Свойствата на системата като цяло се обясняват с движението и взаимодействието на частиците. Статистическият подход се нарича още статистическа физика или молекулно кинетична теория.

При термодинамичния подход термодинамичните системи се разглеждат като макроскопични тела, без да се има предвид прекъснатият им строеж. При този подход се обобщават опитните наблюдения върху термодинамичните системи и се формулират откритите закономерности. Едни от тези закономерности отразяват свойствата на конкретни системи - например законите за газовете, течностите и твърдите тела. Други се отнасят за всички термодинамични системи и представляват основни положения и принципи на термодинамиката.

Величините, които характеризират една термодинамична система се наричат параметри на системата. При двата подхода за изучаване на термодинамичните системи се използват специфични за всеки подход параметри. При статистическия подход някои от параметрите са свързани със свойствата, движението или взаимодействието на градивните частици. Например: маса на една молекула, средна скорост на движение на молекулите, потенциална енергия на взаимодействието между молекулите и др. Този вид параметри може да наричаме микроскопични параметри. При термодинамичният подход се използват параметри валидни за системата като цяло, без оглед на прекъснатия й строеж. Например: обем, маса на цялата система, налягане, температура и т.н. Такива параметри се наричат макроскипични параметри. Между микроскопичните и макроскопичните параметри съществуват връзки и някои такива връзки ще посочим в нашия курс.

Съвкупността от стойностите на макроскопичните параметри на една термодинамична система определя нейното термодинамично състояние. Изменение на състоянието има когато се изменя поне един от параметрите на системата.

Изменението на състоянието на термодинамична система се нарича процес.

Когато всички макроскопични параметри на една отворена термодинамична система остават постоянни с времето се казва, че системата се намира в стационарно състояние.

Когато параметрите на една изолирана термодинамична система остават постоянни с времето се казва, че системата е в състояние на термодинамично равновесие. Една отворена термодинамична система също може да се намира в състояние на термодинамично равновесие, ако е част от по-голяма изолирана система, която като цяло е в термодинамично равновесие. Термодинамиката разглежда предимно системи в състояния на термодинамично равновесие и процеси, при които системите преминават последователно само през равновесни състояния (равновесни процеси).

Предишна страница: Термодинамика и статистическа физика

Следваща страница: Фази и компоненти