6. Начала термодинамики и основные этапы развития.

Нулевое начало термодинамики: Температура всех частей системы, находящейся в термодинамическом равновесии, одинакова. Состояние однородных тел полностью фиксируется заданием любых двух из трех величин: давления p, объёма V и температуры T. Связь между p, V и T характерна для каждого твердого тела, жидкости или газа, она называется уравнением состояния. Ур-ие состояние для идеального газа массы m (Уравнение Клапейрона - Менделеева): pV = vRT,

Где v=m/µ - число молей газа массой m (µ - молярная масса), R=8,31 Дж/(К*моль) – универсальная газовая постоянная.

Первое начало термодинамики: количество теплоты dQ, сообщенное системе, идет на увеличение ее внутренней энергии dU и на совершение работы dA, т.е. dQ=dU+dA

Вечный двигатель первого рода – такая машина, которая, будучи запущена в ход, способна работать неопределенно долго и совершать полезную работу, не потребляя энергии извне.

Второе начало термодинамики: Вечный двигатель второго рода – машина, которая была бы способна превращать в полезную работу практически всю подводимую к ней теплоту. КПД

А – полезная работа. Q1 – количество теплоты, взятое у нагревателя, Q2 – количество теплоты, отданное холодильнику, T1- температура нагревателя, T2 – температура холодильника.

Р. Клаузиус: невозможен процесс, при котором теплота переходила бы самопроизвольно от тел более холодных к телам более нагретым.

У. Томсон: невозможно построить периодически действующую машину, вся деятельность которой сводилась бы к совершению механической работы и соответствующему охлаждению теплового резервуара.

Энтропия:

1. мера неупорядоченности системы

2. ∆S=Q/T где Q- малое количество теплоты, полученное системой; Т – абсолютная температура

3. Энтропия замкнутой системы не может убывать.

∆S≥0 закон возрастания энтропии.

Энтропия пропорциональная логарифму термодинамической вероятности состояния системы: S ≈ lnΩ, где Ω – статистический вес или термодинамическая вероятность состояния.

М. Планк S ≈ klnΩ, k=1,38*10^-23 Дж/К

Третье начало термодинамики: При приближении к абсолютному нулю приращение энтропии ∆S стремится к вполне определенному конечному пределу, не зависящему от значений, которые принимают все параметры, характеризующие состояние системы.

7. Термодинамика в открытых системах.

В отличии от энтропии в закрытых системах, энтропия в открытых системах может уменьшаться. Это означает что структура системы становится более совершенной, более упорядоченной. Примером открытой системы, в которой имеет место уменьшение энтропии, может служить вещество находящееся в стадии кристаллизации.

Варианты: 1)Изменение энтропии ЭС отрицательное, тогда изменение энтропии системы положительное; 2)энтропия ОС=0, энтропия системы=0, или энтропия системы больше нуля-не имеет физического смысла, т.к. система открытая; 3)энтропия ОС больше 0, тогда: энтропия системы меньше нуля, либо больше нуля, либо равно 0-не имеет физического смысла.

8. Электромагнитная теория Максвелла.

Основу электромагнитной теории образуют четыре уравнения Максвелла:

1. Связывает напряженность электрического поля с временным изменением магнитной индукции и является по существу выражением закона электромагнитной индукции: изменяющееся во времени магнитное поле рождает вихревое электрическое поле.

2. Магнитные заряды не существуют, и, следовательно, отражают то свойство вектора магнитной индукции, что его линии замкнуты или проходят из бесконечности и уходят в бесконечность.

3. Устанавливает связь между плотностью тока проводимости и изменяющемся во времени вектором электрической индукции , с одной стороны, и порождаемым ими магнитным полем напряженности , с другой стороны: не только ток проводимости рождает магнитное поле, но и изменяющееся во времени электрическое поле.

4. Электрические заряды являются источником электрического поля, а это означает, что вектора могут начинаться и оканчиваться на зарядах.

Уравнения Максвелла отражают тот факт, что в природе существует единое электромагнитное поле. Деление электромагнитного поля на электрическое и магнитное поле носит относительный характер.

9. Корпускулярно-волновой дуализм света и микрочастиц.

В 1900 году М. Планк: излучение света происходит не непрерывно, а дискретно, т.е. определенными порциями (квантами), энергия которых определяется частотой ν:

где – энергия кванта, h = 6,63*10^-34 Дж*с – постоянная Планка.

1905 г. Эйнштейн: свет не только излучается квантами, но распространяется и поглощается квантами. С квантами света стали ассоциировать реальные элементарные частицы, которые были названы в 1929 годку Г. Льюисом фотонами. Масса фотона равна нулю. Энергия фотонов определяется формулой Планка, а импульс: p=h/λ; где p – импульс фотона; λ – длина волны.

1909 году Эйнштейн: свету присущ корпускулярно-волновой дуализм. К корпускулярным параметрам относятся энергия и импульс, к волновым – частота и длина.

1924 год де Бройль: не только фотоны, но и электроны, и любые другие микрочастицы материи обладают как корпускулярными, так и волновыми свойствами. Любой частице, обладающей импульсом p , сопоставляется волновой процесс с длиной волны, определяемой формулой де Бройля: λ=h/p.

10. Принцип не определенности Гейзенберга и принцип дополнительности Бора.

∆x * ∆p ≥ ħ/2, где ħ=р/2 (постоянная планка деленная на 2): произведение неопределенностей координаты и импульса не может быть меньше ħ/2, называется соотношением неопределённостей Гейзенберга. Из этого следует, что чем точнее определяется координата положением микрочастицы в пространстве, тем больше неопределенность значения её импульса, и наоборот.

Принцип дополнительности Бора: получение экспериментальной информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект, неизбежно связано с потерей информации о некоторых других величинах, дополнительных к первым. Таким взаимно дополнительными величинами являются, например, координата частицы и ее импульс (или скорость), потенциальная и кинетическая энергия.