Молекулярная физика и термодинамика

Молекулярная физика — раздел физики, в котором изучаются физические свойства тел на основе рассмотрения их молекулярного строения. Задачи молекулярной физики решаются методами физической статистики, термодинамики и физической кинетики, они связаны с изучением движения и взаимодействия частиц (атомов, молекул, ионов), составляющих физические тела.

История

Первым сформировавшимся разделом молекулярная физика была кинетическая теория газов. В процессе её развития работами Джеймса Клерка Максвелла, Людвига Больцмана , Дж. У. Гиббса была создана классическая статистическая физика.
Количественные представления о взаимодействии молекул (молекулярных силах) начали развиваться в теории капиллярных явлений. Классические работы в этой области А. К. Клеро (А. С. Glairaut, 1743), Пьера-Симона Лапласа (1806), Томаса Юнга (1805), С. Д. Пуассона , Карла Фридриха Гаусса (1830—1831) и других положили начало теории поверхностных явлений. Межмолекулярные взаимодействия были учтены Й. Д. Ван-дер-Ваальсом (1873) при объяснении физических свойств реальных газов и жидкостей.
В начале 20 века молекулярная физика вступила в новый этап развития. В работах Жана Батиста Перрена и Теодора Сведберга (1906), Михаила Смолуховского и Альберта Эйнштейна (222структурного анализа (а впоследствии методами электронографии и нейтронографии) были изучены структура твёрдых тел и жидкостей и её изменения при фазовых переходах и изменении температуры, давления и других характеристик. Учение о межатомных взаимодействиях на основе представлений квантовой механики получило развитие в работах Макса Борна, Фрица Лондона и Вальера Гайтлера, а также Петера Дебая. Теория переходов из одного агрегатного состояния в другое, намеченная Ван-дер-Ваальсом и Уильямом Томсоном и развитая в работах Гиббса (конец XIX века), Льва Давидовича Ландау и Макса Фольмера (1930-е) и их последователей, превратилась в современную теорию образования фазы — важный самостоятельный раздел физики. Объединение статистических методов с современными представлениями о структуре вещества в работах Якова Ильича Френкеля, Генри Эйринга (1935—1936), Джона Десмонда Бернала и других привело к молекулярной физике жидких и твёрдых тел.

Задачи науки

Круг вопросов, охватываемых молекулярной физикой, очень широк. В ней рассматриваются: строение вещества и его изменение под влиянием внешних факторов (давления, температуры, электромагнинтного поля), явления переноса (диффузия, теплопроводность, вязкость), фазовое равновесие и процессы фазовых переходов (кристаллизация, плавление, испарение, конденсация), критическое состояние вещества, поверхностные явления на границах раздела фаз.
Развитие молекулярной физики привело к выделению из неё самостоятельных, разделов: статистической физики, физической кинетики, физики твёрдого тела, физической химии, молекулярной биологии. На основе общих теоретических представлений молекулярная физика получили развитие физика металлов, физика полимеров, физика плазмы, кристаллофизика, физико-химия дисперсных систем и поверхностных явлений, теория массопереноса и теплопереноса, физико-химическая механика. При всём различии объектов и методов исследования здесь сохраняется, однако, главная идея молекулярная физика — описание макроскопических свойств вещества на основе микроскопической (молекулярной) картины его строения.

Термодинамика— раздел прикладной физики или теоретической теплотехники, в котором исследуется превращение движения в теплоту и наоборот. В термодинамике рассматриваются не только вопросы распространения теплоты, но и физические и химические изменения, связанные с поглощением теплоты веществом, а также, наоборот, выделение теплоты в ходе физических и химических превращений.

Разделы термодинамики

Стандартный курс термодинамики состоит из разделов:

  • Главные законы термодинамики (иногда также называемые началами).
  • Уравнения состояния и прочие свойства простых термодинамических систем (идеальный газ, реальный газ, диэлектрики и магнетики и т. д.)
  • Равновесные процессы с простыми системами, термодинамические циклы.
  • Неравновесные процессы и закон неубывания энтропии.
  • Термодинамические фазы и фазовые переходы.

Кроме этого, современная термодинамика включает также следующие направления:

  • строгая математическая формулировка термодинамики на основе выпуклого анализа;
  • неэкстенсивная термодинамика;
  • применение термодинамики к нестандартным системам (см. термодинамика чёрных дыр).

Физический смысл термодинамики

Необходимость термодинамики

Термодинамика исторически возникла как эмпирическая наука об основных способах преобразования внутренней энергии нагретых тел в механическую. Однако в процессе своего развития термодинамика проникла во все разделы физики, где возможно ввести понятие «внутренняя энергия» и позволила теоретически предсказать многие явления задолго до появления строгой теории этих явлений.

Законы термодинамики

Термодинамика основывается на трёх законах, которые сформулированы на основе экспериментальных данных и поэтому могут быть приняты как постулаты.
* 1-й закон термодинамики. Представляет собой формулировку обобщённого закона сохранения энергии для термодинамических процессов. В наиболее простой форме его можно записать как dU = d"A + d"Q, где dU есть полный дифференциал внутренней энергии системы, а d"Q и d"A есть элементарное количество теплоты и элементарная работа, совершенная над системой соответственно. Нужно учитывать, что d"A и d"Q нельзя считать дифференциалами в обычном смысле этого понятия. С точки зрения квантовых представлений этот закон можно интерпретировать следующим образом: dU есть изменение энергии данной квантовой системы, d"A есть изменение энергии системы, обусловленное изменением заселённости энергетических уровней системы, а d"Q есть изменение энергии квантовой системы, обусловленное изменением структуры энергетических уровней.
* 2-й закон термодинамики: Второй закон термодинамики исключает возможность создания вечного двигателя. Имеется несколько различных, но в тоже время эквивалентных формулировок этого закона. 1 - Постулат Клаузиуса. Процесс, при котором не происходит других изменений, кроме передачи теплоты от горячего тела к холодному, является необратимым, то есть теплота не может перейти от холодного тела к горячему без каких либо других изменений в системе. Это явление называют рассеиванием или дисперсией энергии. 2 - Постулат Кельвина. Процесс, при котором работа переходит в теплоту без каких либо других изменений в системе, является необратимым, то есть невозможно превратить в работу всю теплоту, взятую от источника с однородной температурой, не проводя других изменений в системе.
* 3-й закон термодинамики: Теорема Нернста: Энтропия любой системы при абсолютном нуле температуры всегда может быть принята равной нулю.

Арифметические операции с целыми числами. Переменные целого типа

Цель: дать понятие об операциях с целыми числами. Учить на частных примерах составлять блок-схемы и программы; вводить и выполнять программы, используя компиляторы BPW или Turbo Pascal. Использовать программы: Barland Pascal for Windows (BPW) или Barland Pascal, или Turbo Pascal. В языке Паскаль используются целые числа, к которым относятся все натуральные числа, образовавшиеся в процессе подсчета предметов: 1, 2, 3, ...

Астрономия - наука о вселенной

Из всех картин природы, развертывающихся перед нашими глазами, самая величественная - картина звездного неба. Мы можем облететь или объехать весь земной шар, наш мир, в котором мы живем. Звездное же небо - это необозримое, бесконечное пространство, заполненное другими мирами. Каждая звездочка, даже еле заметно мерцающая в темном небе, представляет собой огромное светило, часто более ...

Структура HTML-документа

Терминология Элемент - конструкция языка HTML. Это контейнер, содержащий данные и позволяющий отформатировать из определенным образом. Любая Web-страница представляет собой наор элементов. Одна из ...

Вторая Опиумная война

Крепость Таку после взятия её англо-французскими войсками Вторая опиумная война — война между Великобританией и Францией, с одной стороны, и Китаем с другой стороны, продолжавшаяся с 1856 по 1860 год. Предпосылки В 1851—1864 гг. в Китае шла гражданская война. Ослабление китайской имперской власти после первой опиумной войны стало переломным моментом в истории Китая. На территории ...