Термодинамика и статичка физика.

Предмети

СТАТИСТИЧКА ТЕРМОДИНАМИКА, , статистички дел физика, посветена на поткрепување на законите на термодинамиката врз основа на законите на интеракцијата. и движењата на честичките кои го сочинуваат системот. За системи во рамнотежа, C. t дозволува да се пресмета рекордравенки на состојбата, фазни и хемиски услови рамнотежа. Теоријата на нерамнотежен систем дава оправдување за односитетермодинамика на неповратни процеси

(равенки за пренос на енергија, импулс, маса и нивните гранични услови) и ви овозможува да ја пресметате кинетиката вклучена во равенките за пренос. коефициенти. S. t поставува количини. врска помеѓу микро- и макро-својствата на физичките. и хем. системи Пресметковните методи на компјутерската технологија се користат во сите области на модерната технологија. теоретски хемијата.Основни концепти. За статистички макроскопски описи системи J. Gibbs (1901) предложи да се користат концептите на статистички. ансамбл и фазен простор, што овозможува да се применат методи на теорија на веројатност за решавање проблеми. Статистички ансамблот е многуголем број идентични множина системи честички (т.е. „копии“ од системот што се разгледува) лоцирани во истата макросостојба, која е одреденапараметри на состојбата;

Микросостојбите на системот може да се разликуваат. Основни статистички ансамбли - микроканонски, канонски, големи канонски. и изобарско-изотермална. Микроканонски Ансамблот Gibbs се користи кога се разгледуваат изолирани системи (не размена на енергија Есживотната средина ), со постојан волумен V и број на идентични честички N (Е, В И N- параметри на состојбата на системот). Канонич. Гибсовиот ансамбл се користи за опишување системи со постојан волумен кои се во топлинска рамнотежа со околината (апсолутна температура Т) со константен број на честички N (параметри на состојбатаВ, Т, Н ).Гранд Канон. Ансамблот Гибс се користи за опишување на отворени системи кои се во термичка рамнотежа со околината (температура Т) и материјална рамнотежа со резервоар на честички (честичките од сите видови се разменуваат низ „ѕидовите“ кои го опкружуваат системот со состојба V параметри на таков систем се V. , Ti mChхемиски потенцијал честички.).

Изобарно-изотермална Ансамблот Гибс се користи за опишување на системи во топлинска и крзно. рамнотежа со околината при постојан притисок P (состојба на параметри Т, П, НФазен простор во статистика механиката е повеќедимензионален простор, чии оски се сите генерализирани координати

(i =1,2,..., M) системи со степени на слобода. За систем кој се состои од Natoms, Т, П, Н N (Е, В

кореспондираат со Декартовската координата и компонентата на импулсот (a = x, y, z) одреден атом j M = 3N.Множеството координати и моменти се означуваат со q и p, соодветно. Состојбата на системот е претставена со точка во фазен простор со димензија 2M, а промената на состојбата на системот во времето е претставена со движење на точка по линија, наречена. фаза на траекторија. За статистички описи на состојбата на системот, концептите на фазен волумен (волуменски елемент на фазен простор) и функцијата на дистрибуција f( стр, п), работ ја карактеризира густината на веројатноста за наоѓање точка што ја претставува состојбата на системот во елемент од фазен простор во близина на точката со координати стр, п.ВО квантна механикаНаместо фазен волумен, се користи концептот на дискретна енергија. спектар на систем со конечен волумен, бидејќи состојбата на поединечна честичка не се определува со импулс и координати, туку со бранова функција, пресек во стационарна динамика. состојбата на системот одговара на енергијата. спектар на квантни состојби.

Дистрибутивна функцијакласичен системот f(p, q) ја карактеризира густината на веројатноста за реализација на дадена микросостојба ( стр, п) во волуменскиот елемент dG фазен простор. Веројатноста N честички да бидат во бесконечно мал волумен на фазен простор е еднаква на:

каде што dГ N ->елемент на фазниот волумен на системот во единици h 3N , ж - Константа на Планк; делител Н!го зема предвид фактот дека преуредувањето на идентитетите. честичките не ја менуваат состојбата на системот. Функцијата за дистрибуција го задоволува условот за нормализација tf( стр, п)dГ N => 1, бидејќи системот е сигурно лоциран во с.л. состојба. За квантните системи, функцијата на дистрибуција ја одредува веројатноста w Т, П, Н , наоѓање систем од N честички во квантна состојба, специфицирана со множество квантни броеви i, со енергија предмет на нормализација

Просечната вредност во времето t (т.е. во текот на бесконечно мал временски интервал од t до t + dt) било кој физички вредности А( стр, п), што е функција од координатите и моментите на сите честички во системот, користејќи ја функцијата на дистрибуција се пресметува според правилото (вклучително и за нерамнотежни процеси):

Интеграцијата преку координатите се врши низ целиот волумен на системот, а интеграцијата преку импулсите од H, до +,. Термодинамичка состојба рамнотежата на системот треба да се смета како граница m:,. За состојби на рамнотежа, функциите на дистрибуција се одредуваат без да се реши равенката на движење на честичките што го сочинуваат системот. Формата на овие функции (иста за класичните и квантните системи) е воспоставена од Џ. Гибс (1901).

Во микроканон. во ансамблот Гибс, сите микросостојби со дадена енергија се подеднакво веројатни и дистрибутивната функција за класичната. системите имаат форма:

f( стр, к)= Аг,

каде d-делта функција на Дирак, H( стр, к)-Хамилтонова функција, која е збир од кинетичка. и потенцијал енергиите на сите честички; константата A се одредува од условот за нормализација на функцијата f( стр, пЗа квантните системи, со точност на специфицирање на квантната состојба, еднаква на вредноста DE, во согласност со односот на несигурност помеѓу енергијата и времето (помеѓу моментумот и координатата на честичките), функцијата w( ) = -1 ако Е Е+Д Е,и w( ) = 0 ако N (Е, В Д Е.Вредност g( Е, Н, В)-Т. повикани статистички тежина еднаква на бројот на квантни состојби во енергија. слој DE. Важна врска помеѓу ентропијата на системот и неговите статистички податоци. тежина:

S( Е, Н, В)= kлнг ( Е, Н, В), каде к-Болцманова константа.

Во канон. Гибсовиот ансамбл веројатност за наоѓање систем во микросостојба определена со координатите и моментите на сите N честички или вредности , има форма: f( стр, п) = exp(/ kT); w јас, Н= exp[(F - E јас, Н)/kT], каде што е без F. енергија (Енергија на Хелмхолц), во зависност од вредностите V, T, N:

F = -kT ln

Каде статистички износ (во случај квантен систем) или статистички интеграл (во случај на класичен систем), определен од условот за нормализација на функциите w јас, N >или f( стр, п):

Z N = Тexp[-H(р, q)/ kT]dpdq/()

(збирот над r се презема за сите квантни состојби на системот, а интеграцијата се врши низ целиот фазен простор).

Во големиот канон. Функција за дистрибуција на ансамблот на Гибс f( стр, п) и статистички збирот X, определен од условот за нормализација, има форма:

каде што W-термодинамиката. променлив зависен потенцијал V, T, m (сумирањето се врши над сите позитивни цели броеви N во изобарско-изотермално). Дистрибуција на ансамблот на Гибс и статистичка функција. сума П,утврдени од условот за нормализација, имаат форма:

Каде Г-Гибсовата енергија на системот (изобарско-изотермичен потенцијал, слободна енталпија).

Да се ​​пресмета термодинамиката. функции, можете да користите која било дистрибуција: тие се еквивалентни една на друга и одговараат на различни физички. услови. Микроканонски Се применува Гибсовата распределба. arr. во теоретски истражување. За решавање на конкретни проблеми се разгледуваат ансамбли, во кои доаѓа до размена на енергија со околината (канонска и изобарско-изотермична) или размена на енергија и честички (голем канонски ансамбл). Последново е особено погодно за изучување на фаза и хемија. рамнотежа. Статистички износи и Q ни дозволуваат да ја одредиме енергијата на Хелмхолц F, Гибсовата енергија Г,како и термодинамички. својства на системот добиени со диференцијација на статистички. износи според соодветните параметри (на 1 мол супстанција): лок. енергија U = RT 2 (9ln )V, >енталпија H = RT 2 (9ln , ентропија S = Rln + RT(9 лн /9Т) В= = Rln Q+RT(9 лн , топлински капацитет при постојан волумен C V= 2RT(9 лн 2 (ln /9Т 2)V, >топлински капацитет при постојан притисок S P => 2RT(9 лн 2 (9 2 ln /9T 2) P>итн. Одговор. сите овие количини добиваат статистичка значајност. значење. Значи, внатрешна енергијасе идентификува со просечната енергија на системот, што ни овозможува да разгледаме првиот закон на термодинамикатакако закон за зачувување на енергијата за време на движењето на честичките што го сочинуваат системот; бесплатно енергијата е поврзана со статистичките збирот на системот, ентропија - со бројот на микросостојби g во дадена макросостојба, или статистички. тежината на макросостојбата и, според тоа, со нејзината веројатност. Значењето на ентропијата како мерка за веројатноста на состојба е зачувано во однос на произволни (нерамнотежни) состојби. Во состојба на рамнотежа, изолиран. системот ја има максималната можна вредност за дадено надворешно. услови ( E, V, N), т.е. состојбата на рамнотежа е најмногу. веројатна состојба (со максимална статистичка тежина). Затоа, преминот од нерамнотежна состојба во состојба на рамнотежа е процес на премин од помалку веројатни состојби во поверојатни. Ова е статистичката точка. значењето на законот за зголемување на ентропијата, според кој ентропијата на затворен систем може само да се зголеми (види. Втор закон на термодинамиката).На t-re апс. од нула, секој систем е фундаментално состојба во која w 0 = 1 и S= 0. Оваа изјава претставува (види Термичка теорема).Важно е дека за недвосмислено определување на ентропијата е неопходно да се користи квантниот опис, бидејќи во класичната статистика ентропија м.б. се дефинира само до произволен термин.

Идеални системи. Пресметка на статистички збирови на повеќето системи претставува тешка задача. Тоа е значително поедноставено во случај на гасови, доколку придонесот на потенцијалот. енергијата во вкупната енергија на системот може да се занемари. Во овој случај, функцијата за целосна дистрибуција f( стр, п) за N честички на идеален систем се изразува преку производот на функциите на дистрибуција со една честичка f 1 (p, q):

Распределбата на честичките меѓу микросостојбите зависи од нивната кинетика. енергија и од квантните својства на системот, определени со идентитетот на честичките. Во квантната механика, сите честички се поделени во две класи: фермиони и бозони. Типот на статистика што ги почитуваат честичките е уникатно поврзан со нивниот спин.

Статистиката на Ферми-Дирак ја опишува дистрибуцијата во систем на идентитети. честички со полуцел број спин 1 / 2, 3 / 2,... во единици P = h/2p. Се нарекува честичка (или квазичестичка) која се покорува на наведената статистика. фермион. Фермионите вклучуваат електрони во атомите, металите и полупроводниците, атомски јадрасо непарен атомски број, атоми со непарна разлика помеѓу атомскиот број и бројот на електрони, квазичестички (на пример, електрони и дупки во цврсти материи) итн. Оваа статистикабеше предложен од Е. Ферми во 1926 година; во истата година, П. Дирак ја открил својата квантна механика. значење. Брановата функција на фермионскиот систем е антисиметрична, т.е. го менува својот знак кога се преуредуваат координатите и спиновите на кој било пар идентитети. честички. Не може да има повеќе од една честичка во секоја квантна состојба (види. Принципот на Паули). Просечен број на честички идеален гас на фермиони во состојба со енергија , се одредува со функцијата за дистрибуција на Ферми-Дирак:

=(1 + експ[( -m)/ kT]} -1 ,

каде што i е збир на квантни броеви кои ја карактеризираат состојбата на честичката.

Статистиката на Бозе-Ајнштајн опишува системи на идентитети. честички со нула или цел број спин (0, Р, 2P, ...). Се нарекува честичка или квазичестичка што се покорува на наведената статистика. бозон. Оваа статистика беше предложена од С. Бозе (1924) за фотоните и развиена од А. Ајнштајн (1924) во однос на идеалните молекули на гас, на пример, сметани како композитни честички на парен број фермиони. атомски јадра со парен вкупен број на протони и неутрони (деутрон, јадро 4 He итн.). Бозоните вклучуваат и фонони во цврсти материи и течни 4 He, ексцитони во полупроводници и диелектрици. Брановата функција на системот е симетрична во однос на пермутацијата на кој било пар идентитети. честички. Бројот на зафаќање на квантните состојби не е ограничен со ништо, односно секој број на честички може да биде во една состојба. Просечен број на честички идеален гас на бозони во состојба со енергија Е јасе опишано со функцијата за дистрибуција Бозе-Ајнштајн:

=(исц.[( -m)/ kT]-1} -1 .

Статистиката на Болцман е посебен случајквантна статистика, кога може да се занемари квантни ефекти (висок t-ry). Ја разгледува дистрибуцијата на идеалните гасни честички во моментум и координати во фазниот простор на една честичка, а не во фазниот простор на сите честички, како во Гибсовата распределба. Како минимум единици за волумен на фазен простор, кој има шест димензии (три координати и три проекции на импулсот на честичките), во согласност со квантната механика. поради релацијата на несигурност, невозможно е да се избере волумен помал од h 3 . Просечен број на честички идеален гас во состојба со енергија се опишува со Болцмановата дистрибутивна функција:

=exp[(м )/kT].

За честички кои се движат според класичните закони. механика во надворешни потенцијал поле U(r), статистички рамнотежна дистрибутивна функција f 1 (p,r) според моментот pi и координатите r на честичките идеални гасови има форма: f 1 (p,r) = Aexp( - [p 2 /2m + U(r)]/ kT}. Еве стр 2 /2t-кинетичка. енергијата на молекулите со маса w, константа A, се одредува од условот за нормализација. Овој израз често се нарекува Максвел-Болцманова дистрибуција, а Болцмановата дистрибуција се нарекува. функција

n(r) = n 0 exp[-U(r)]/ kT],

каде n(r) = т f 1 (p, r) дп- густина на бројот на честички во точката r (n 0 - густина на бројот на честички во отсуство на надворешно поле). Болцмановата дистрибуција ја опишува дистрибуцијата на молекулите во гравитационото поле (барометриско поле), молекулите и високо дисперзираните честички во полето центрифугални сили, електрони во недегенерирани полупроводници, а се користи и за пресметување на распределбата на јоните во разредена. раствори на електролити (во најголемиот дел и на границата со електродата) итн. На U(r) = 0 од распределбата Максвел-Болцман ја следи Максвеловата распределба, која ја опишува распределбата на брзините на честичките кои се во статистичка состојба. рамнотежа (Ј. Максвел, 1859). Според оваа распределба, веројатниот број на молекули по единица волумен, чии компоненти на брзина лежат во интервалите од да + (i= x, y, z), определена со функцијата:

Дистрибуцијата Максвел не зависи од интеракцијата. помеѓу честички и е точно не само за гасови, туку и за течности (доколку е возможен класичен опис за нив), како и за брауновите честички суспендирани во течност и гас. Се користи за броење на бројот на судири на молекули на гас едни со други за време на хемиски реакции. р-ција и со површински атоми.

Збир на состојбите на молекулата.Статистички збир на идеален гас во канонски Гибсовиот ансамбл се изразува преку збирот над состојбите на една молекула Q 1:

Каде E i ->енергија на i-тото квантно ниво на молекулата (i = O одговара на нултото ниво на молекулата), Т, П, Н-статистички тежина на i-то ниво. Во општиот случај, поединечните типови на движење на електрони, атоми и групи на атоми во молекулата, како и движењето на молекулата како целина, се меѓусебно поврзани, но приближно тие можат да се сметаат за независни. Тогаш збирот над состојбите на молекулата може да биде претставен во форма на производ од поединечни компоненти поврзани со чекорите. движење (Q пост) и со интрамол. движења (Q int):

Q 1 = Q пост

Хемиска енциклопедија. - М.: Советска енциклопедија. Ед. I. L. Knunyants. 1988 .

Погледнете што е „СТАТИСТИЧКА ТЕРМОДИНАМИКА“ во другите речници:

- (рамнотежна статистичка термодинамика) дел од статистичката физика посветен на поткрепувањето на законите на термодинамиката на рамнотежните процеси (врз основа на статистичката механика на Ј. В. Гибс) и пресметките на термодинамиката. карактеристики на физичките... Физичка енциклопедија

Гранка на статистичката физика посветена на теоретска дефиниција термодинамички својствасупстанции (равенки на состојбата, термодинамички потенцијали итн.) врз основа на податоци за структурата на супстанциите... Голема Енциклопедиски речник

Гранка на статистичката физика посветена на теоретското определување на термодинамичките карактеристики физички системи(равенки на состојби, термодинамички потенцијали итн.) засновани на законите на движење и интеракцијата на честичките кои ги сочинуваат овие... Енциклопедиски речник

статистичка термодинамика- statistinė termodinamika statusas T sritis chemija apibrėžtis Termodinamika, daugiadalelėms sistemoms naudojanti statistinės mechanikos principus. atitikmenys: ингли. статистичка термодинамика рус. статистичка термодинамика... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

статистичка термодинамика- statistinė termodinamika statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. статистичка термодинамика vok. статистика Термодинамик, ѓ рус. статистичка термодинамика, f pranc. термодинамичка статистика, ѓ … Физички термини žodynas

Молекуларната физика е гранка на физиката која ја проучува структурата и својствата на материјата, врз основа на таканаречените молекуларни кинетички концепти. Според овие идеи, секое тело - цврсто, течно или гасовито - се состои од големо количествомногу мали изолирани честички - молекули. Молекулите на која било супстанција се во неуредно, хаотично движење кое нема преферирана насока. Неговиот интензитет зависи од температурата на супстанцијата.

Директен доказ за постоењето на хаотично движење на молекулите е Брауново движење. Овој феномен лежи во фактот дека многу мали (видливи само преку микроскоп) честички суспендирани во течност секогаш се во состојба на континуирано случајно движење, кое не зависи од надворешни причинии се покажува како манифестација на внатрешното движење на материјата. Брауновите честички се движат под влијание на случајни влијанија на молекулите.

Молекуларната кинетичка теорија си поставува за цел да ги толкува оние својства на телата кои директно се набљудуваат експериментално (притисок, температура итн.) како вкупен резултат од дејството на молекулите. Во исто време, таа го користи статистичкиот метод, заинтересирана не за движење на поединечни молекули, туку само за такви просечни вредности што го карактеризираат движењето на огромна колекција на честички. Оттука и неговото друго име - статистичка физика.

Термодинамиката се занимава и со проучување на различни својства на телата и промени во состојбата на материјата.

Меѓутоа, за разлика од молекуларно-кинетичката теорија на термодинамиката, таа ги проучува макроскопските својства на телата и природните појави, без да се интересира за нивната микроскопска слика. Без воведување на молекули и атоми во предвид, без навлегување во микроскопско разгледување на процесите, термодинамиката ни овозможува да направиме цела серијазаклучоци во врска со нивниот тек.

Термодинамиката се заснова на неколку фундаментални закони (наречени принципи на термодинамиката), утврдени врз основа на генерализација на голем број експериментални факти. Поради ова, заклучоците за термодинамиката се многу општи.

Приближувајќи се до промените во состојбата на материјата од различни гледни точки, термодинамиката и молекуларната кинетичка теорија се надополнуваат една со друга, во суштина формирајќи една целина.

Осврнувајќи се на историјата на развојот на молекуларните кинетички концепти, пред сè треба да се забележи дека идеите за атомската структура на материјата ги изразиле античките Грци. Сепак, кај античките Грци овие идеи не беа ништо повеќе од брилијантна претпоставка. Во 17 век атомизмот повторно се раѓа, но веќе не како претпоставка, туку како научна хипотеза. Посебен развојоваа хипотеза е добиена во делата на брилијантниот руски научник и мислител М.В една сликасите физички и хемиски појави. Во исто време, тој произлезе од корпускуларен (со современа терминологија - молекуларен) концепт за структурата на материјата. Револтирајќи се против теоријата на калоричност (хипотетичка топлинска течност, чија содржина во телото го одредува степенот на неговото загревање) која била доминантна во негово време, Ломоносов ја гледа „причината за топлината“ во ротационо движењечестички на телото. Така, Ломоносов во суштина ги формулирал молекуларните кинетички концепти.

Во втората половина на 19 век. а на почетокот на 20 век. Благодарение на делата на голем број научници, атомизмот се претвори во научна теорија.

Нека има два идентични садови поврзани едни со други на таков начин што гасот од еден сад може да тече во друг, и нека во почетниот момент сите молекули на гас се во еден сад. По некое време, ќе се појави прераспределба на молекулите, што ќе доведе до појава на рамнотежна состојба која се карактеризира со еднаква веројатност за наоѓање молекули во двата садови. Спонтана транзиција кон почетната нерамнотежна состојба, во која сите молекули се концентрирани во еден од садовите, е практично невозможна. Процесот на транзиција од рамнотежа во нерамнотежна состојба се покажува како многу неверојатен, бидејќи големината на релативните флуктуации на параметрите со голем број честички во садовите е многу мала.

Овој заклучок одговара на вториот закон на термодинамиката, кој вели дека термодинамичкиот систем спонтано преминува од нерамнотежна состојба во состојба на рамнотежа, додека обратниот процес е возможен само под надворешни влијанија врз системот.

Ентропија и веројатност

Термодинамичката величина што ја карактеризира насоката на спонтаните термодинамички процеси е ентропија. Најверојатната состојба на рамнотежа одговара на максималната ентропија.

Нека има сад со волумен В 0 , во чија внатрешност има една молекула. Веројатноста дека честичката ќе биде откриена во одреден волумен В< V 0 , распределен во внатрешноста на садот, е еднаков на. Ако во садот нема една, туку две честички, тогаш веројатноста за нивно истовремено откривање во наведениот волумен се одредува како производ на веројатностите за наоѓање на секоја честичка во овој волумен:

.

За Н честички, веројатноста за нивно истовремено откривање во волумен В ќе биде

.

Ако во овој сад разликуваме два тома В 1 И В 2 тогаш можеме да ги запишеме коефициентот на веројатност дека сите молекули се во наведените волумени:

.

Дозволете ни да го одредиме зголемувањето на ентропијата во изотермалниот процес

проширување на идеален гас од В 1 да В 2 :

Користејќи го односот на веројатности, добиваме:

.

Резултирачкиот израз не ја одредува апсолутната вредност на ентропијата во која било состојба, туку само овозможува да се најде разликата во ентропијата во две различни состојби.

За недвосмислено одредување на ентропијата, користете статистичка тежина Г , чија вредност е изразена како позитивен цел број и е пропорционална на веројатноста: Г ~ П .

Статистичка тежина на макросостојбата е величина која нумерички е еднаква на бројот на рамнотежни микросостојби со чија помош може да се реализира предметната макросостојба.

Преминот кон статистичка тежина ни овозможува да ја запишеме релацијата за ентропија во форма Болцманови формули за статистичка ентропија :

Предавање 15

Трансферен феномен

Термодинамички текови

Термодинамички текови поврзани со пренос на материја, енергија или импулс од еден дел на медиумот во друг, се јавуваат ако вредностите на одредени физички параметри се разликуваат во обемот на медиумот.

Дифузија наречен процес на спонтано изедначување на концентрациите на супстанциите во смесите. Стапката на дифузија силно зависи од состојба на агрегацијасупстанции. Дифузијата се јавува побрзо во гасовите и многу бавно во цврсти материиО.

Топлинска спроводливост наречен феномен што доведува до изедначување на температурата во различни точкиживотната средина. Високата топлинска спроводливост на металите се должи на фактот што преносот на топлина во нив се врши не поради хаотичното движење на атомите и молекулите, како, на пример, во гасови или течности, туку од слободни електрони, кои имаат многу поголеми брзини. на термичко движење.

Вискозитет или внатрешно триење го нарекуваме процес на појава на сила на отпор кога телото се движи во течност или гас и слабеење на звучните бранови додека минуваат низ различни медиуми.

За квантитативно да се опише термодинамичкиот проток, воведете ја количината

, Каде

Филијала на физиката посветена на проучување на светлината во макроскопска смисла. тела, т.е. системи кои се состојат од многу голем број идентични честички (молекули, атоми, електрони итн.), врз основа на врските во овие честички и интеракциите меѓу нив. Проучување макроскопски се ангажирани телата итн... Физичка енциклопедија

- (статистичка механика), гранка на физиката која ги проучува својствата на макроскопските тела (гасови, течности, цврсти материи) како системи со многу голем (од редот на Авогадроовиот број, т.е. 1023 mol 1) број на честички (молекули, атоми). , електрони). Во статистичките... Модерна енциклопедија

- (статистичка механика) гранка на физиката која ги проучува својствата на макроскопските тела како системи на многу голем број честички (молекули, атоми, електрони). Во статистичката физика се користат статистички методи засновани на теоријата на веројатност... ... Голем енциклопедиски речник

Статистичка физика- (статистичка механика), гранка на физиката која ги проучува својствата на макроскопските тела (гасови, течности, цврсти материи) како системи со многу голем (од редот на Авогадроовиот број, т.е. 1023 mol 1) број на честички (молекули, атоми). , електрони). ВО…… Илустриран енциклопедиски речник

Именка, број на синоними: 2 статистика (2) физика (55) речник за синоними ASIS. В.Н. Тришин. 2013… Речник на синоними

СТАТИСТИЧКА ФИЗИКА- гранка на теоретската физика која ги проучува својствата комплексни системигасови, течности, цврсти материи и нивната поврзаност со својствата на поединечните честички на електрони, атоми и молекули од кои се состојат овие системи. Главната задача на С. ф.: наоѓање функции... ... Голема политехничка енциклопедија

- (статистичка механика), гранка на физиката која ги проучува својствата на макроскопските тела како системи на многу голем број честички (молекули, атоми, електрони). Во статистичката физика се користат статистички методи засновани на теоријата... ... Енциклопедиски речник

Филијала на физиката чија задача е да ги изрази својствата на макроскопските тела, т.е. системи што се состојат од многу голем број идентични честички (молекули, атоми, електрони итн.), преку својствата на овие честички и интеракцијата меѓу нив. .. ... Голема советска енциклопедија

статистичка физика- statistinė fizika statusas T sritis fizika atitikmenys: ингли. статистичка физика вок. statistische Physik, f rus. статистичка физика, f pranc. статистика за физика, f … Физички термини žodynas

- (статистичка механика), гранка на физиката која ги проучува својствата на макроскопските материјали. телата како системи од многу голем број честички (молекули, атоми, електрони). Во С.ф. се користат статистички методи. методи базирани на теоријата на веројатност. С. ф. подели ја дупката... ... Природни науки. Енциклопедиски речник

Книги

• Статистичка физика, Климонтович Ју.Л. Овој курс се разликува од постоечките и по содржина и по природата на презентацијата. Целиот материјал е претставен врз основа на единствен метод - теоријата на нерамнотежна состојба служи како јадро...
• Статистичка физика, L. D. Landau, E. M. Lifshits. Издание од 1964 година. Состојбата е добра. Книгата дава јасно објаснување општи принципистатика и што е можно поцелосно изложување на нивните многубројни примени. Второто издание додава ...

Основни концепти

Основно знаење.

Статистичка интерпретација на поимите: внатрешна енергија, потсистемска работа, количина на топлина; оправдување на првиот закон на термодинамиката користејќи ја канонската Гибсова дистрибуција; статистичка оправданосттрета термодинамика; својства на макросистемите на ; физичко значењеентропија; услови за стабилност на термодинамички систем.

Основни вештини.

Работете самостојно со препорачана литература; дефинирајте ги поимите од клаузула 1; да може логички да ги поткрепи елементите на знаењето од став 2 со помош на математичка апаратура; користејќи позната партициона функција (статистички интеграл), определи ја внатрешната енергија на системот, слободната енергија на Хелмхолц, слободна енергија на Гибс, ентропија, равенка на состојбата итн.; одредување на насоката на еволуцијата отворен системсо постојано и , константно и , константно и .

Внатрешна енергија на макроскопски систем.

Основата на статистичката термодинамика е следнава изјава: внатрешната енергија на макроскопското тело е идентична со неговата просечна енергија, пресметана според законите на статистичката физика:

(2.2.1)

Заменувајќи ја канонската Гибсова дистрибуција, добиваме:

(2.2.2)

Бројачот од десната страна на еднаквоста (2.2.2) е изводот на ЗОд страна на:

.

Затоа, изразот (2.2.2) може да се преработи во покомпактна форма:

(2.2.3)

Така, за да се најде внатрешната енергија на системот доволно е да се знае неговата партициона функција З.

Вториот закон на термодинамиката и „стрелката на времето“.

Ентропија на изолиран систем во нерамнотежна состојба.

Ако системот е во рамнотежа или учествува во квази-статички процес, неговата ентропија од молекуларна гледна точка се одредува со бројот на микросостојби што одговараат на дадена макросостојба на системот со енергија еднаква на просечната вредност:

.

Ентропијата на изолиран систем во нерамнотежна состојба се одредува со бројот на микросостојби што одговараат на дадена макросостојба на системот:

и .

Трет закон на термодинамиката.

Третиот закон на термодинамиката ги карактеризира својствата на термодинамичкиот систем на многу ниски температуриах (). Нека биде најниската можна енергија на системот, а енергијата на возбудените состојби е. При многу ниски температури, просечната енергија на топлинското движење е . Следствено, енергијата на топлинското движење не е доволна за системот да премине во возбудена состојба. Ентропија, каде што е бројот на состојби на системот со енергија (т.е. во основна состојба). Според тоа, тоа е еднакво на еден, во присуство на дегенерација, мал број (мултипликација на дегенерација). Следствено, ентропијата на системот, во двата случаи, може да се смета за еднаква на нула (е многу мал број). Бидејќи ентропијата се одредува до произволна константа, оваа изјава понекогаш се формулира на следниов начин: за , . Вредноста на оваа константа не зависи од притисокот, волуменот и другите параметри кои ја карактеризираат состојбата на системот.

Прашања за самотестирање.

1. Формулирајте ги постулатите на феноменолошката термодинамика.

2. Формулирајте го вториот принцип на термодинамиката.

3. Кој е мисловниот експеримент на Нарликар?

4. Докажете дека ентропијата на изолиран систем се зголемува за време на нерамнотежни процеси.

5. Концептот на внатрешна енергија.

6. Под кои услови (во кои случаи) состојбата на системот може да се смета за рамнотежа?

7. Кој процес се нарекува реверзибилен и неповратен?

8. Што е термодинамички потенцијал?

9. Напиши термодинамички функции.

10. Објаснете го производството на ниски температури при адијабатска демагнетизација.

11. Концептот на негативна температура.

12. Запиши ги термодинамичките параметри во однос на збирот на состојби.

13. Запиши ја основната термодинамичка еднаквост на систем со променлив број на честички.

14. Објасни го физичкото значење на хемискиот потенцијал.

Задачи.

1. Докажи ја основната термодинамичка еднаквост.

2. Најдете го изразот за термодинамичкиот потенцијал на слободната енергија Фпреку државниот интеграл Зсистеми.

3. Најдете го изразот на ентропија Спреку интегралот на државите Зсистеми.

4. Најдете ја врската ентропија Сидеален монатомски гас од Нчестички од енергија Еи волумен В.

5. Изведете ја основната термодинамичка еднаквост за систем со променлив број на честички.

6. Изведете ја големата канонска дистрибуција.

7. Пресметај ја слободната енергија на монатомски идеален гас.

II. Статистичка термодинамика.

Основни концепти

Квази-статички процес; нулта постулат на феноменолошката термодинамика; првиот постулат на феноменолошката термодинамика; вториот постулат на феноменолошката термодинамика; третиот постулат на феноменолошката термодинамика; концепт на внатрешна енергија; државна функција; процесна функција; основна термодинамичка еднаквост; концептот на ентропија за изолиран нерамнотежен систем; концептот на локална нестабилност на фазните траектории (траектории на честички); мешани системи; реверзибилен процес; неповратен процес; термодинамички потенцијал; слободна енергија на Хелмхолц; Гибсовата бесплатна енергија; односите на Максвел; генерализирани координати и генерализирани сили; принципи на екстрем во термодинамиката; Принципот Ле Шателие-Браун.