МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

Задачей термодинамики, как и молекулярно-кинетической теории (статистической физики), является установление зависимостей между физическими величинами, характеризующими рассматриваемое тело и окружающую среду, и непосредственно наблюдаемыми на опыте, т. е. макроскопическими величинами. Термодинамика, в отличие от статистической физики, не строит никаких модельных представлений об атомно-молекулярном строении вещества, поэтому в ней отсутствуют любые величины, характеризующие отдельные частицы (диаметры молекул и атомов, их масса, структура и т. п.), ее выводы не зависят от этих моделей и сфера применимости значительно шире. В настоящее время до высокого совершенства разработаны техническая термо-динамика, изучающая процессы взаимного превращения теплоты и механической работы, термодинамика химических и фазовых превра-щений, термодинамика электрических и магнитных явлений, термо-динамика излучений, радиоактивного распада, процессов развития звезд и т. д. Возникает законный вопрос, чем же обуславливается возможность такого универсального применения термодинамического метода?

Термодинамика основывается на трех законах, установленных на огромном количестве физических опытов, из которых все остальные положения этой науки получаются путем строго логичных рассуждений.

Первый закон термодинамики непосредственно связан с абсолютным по своему существу, одним из наиболее общих законов природы – законом сохранения и превращения энергии. Характерно, что термодинамика привлекает его в специфичной форме, позволяющей установить непосредственную связь между физическими величинами, характеризующими влияние разнородных воздействий (тепловых, электрических, магнитных и других) на свойства рассматриваемого материального тела.

Изначально первый закон термодинамики относился всего лишь к двум формам энергии: тепловой и механической, что позволяло с его помощью исследовать связи только между тепловыми и механическими явлениями. Этот факт отражен в самом названии термодинамики.

Второй закон термодинамики – закон о возможности протекания любых самопроизвольных процессов. На его основе можно предсказать, при каких внешних условиях возможен процесс, и в каком направлении он будет протекать. Возможность протекания процесса в том или ином направлении представляет не только теоретический, но и большой практический интерес.

Третий закон термодинамики – закон об абсолютном значении энтропии, фундаментальной величине в физике. Несмотря на огромное теоретическое значение третьего закона, его практическое применение ограничивается областью физико-химических превращений. К примеру, этот закон позволяет вычислить так называемую константу равновесия химической реакции и, как следствие, максимально возможный выход продукта реакции, не прибегая к опытному ее определению.

В теории тепловых машин этот закон не находит применения, ибо там всегда рассматриваются только изменения энтропии, а не ее абсолютное значение.

Таким образом, в основе термодинамики лежат три закона – общие и неопровержимые истины, установленные в результате обобщения большего числа опытных данных.

Отметим, что термодинамический метод оказывается тем точнее, чем больше частиц в рассматриваемой системе, или чем меньше относительные флуктуации рассматриваемых величин. Для систем, содержащих малое число частиц, термодинамика неприменима.