--> Ñèñòåìû ñ áîëüøèì ÷èñëîì ÷àñòèö è çàêîíû ìåõàíèêè. Ñòàòèñòè÷åñêàÿ ìåõàíèê. Ôèçèêà 10 êë.
ìîé ÞÒÓÁ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!
ìîé ÒÅËÅÃÐÀÌ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!

 


Ñîäåðæàíèå

 

Ãëàâíàÿ >> Ìîëåêóëÿðíàÿ ôèçèêà. Òåðìîäèíàìèêà. Ôèçèêà 10 êë. Ìÿêèøåâ

Ãëàâà 4. Ìîëåêóëÿðíî-êèíåòè÷åñêàÿ òåîðèÿ èäåàëüíîãî ãàçà

 


§ 4.1. Ñèñòåìû ñ áîëüøèì ÷èñëîì ÷àñòèö è çàêîíû ìåõàíèêè. Ñòàòèñòè÷åñêàÿ ìåõàíèê

Êà÷åñòâåííîå îáúÿñíåíèå áîëüøîãî ÷èñëà ÿâëåíèé íà îñíîâå ìîëåêóëÿðíî-êèíåòè÷åñêîé òåîðèè äîñòàòî÷íî ïðîñòî è íàãëÿäíî. Îäíàêî êîëè÷åñòâåííàÿ òåîðèÿ äàæå òàêîé ïðîñòîé ñèñòåìû, êàê èäåàëüíûé ãàç, âåñüìà ñëîæíà. Ïîýòîìó îãðàíè÷èìñÿ çíàêîìñòâîì òîëüêî ñ òåîðèåé èäåàëüíîãî ãàçà. Êðîìå òîãî, ïîçíàêîìèìñÿ ñ íîâûì òèïîì çàêîíîâ — ñòàòèñòè÷åñêèìè çàêîíàìè.

Ê ñèñòåìàì ñ î÷åíü áîëüøèì ÷èñëîì ÷àñòèö çàêîíû- ìåõàíèêè Íüþòîíà íåïîñðåäñòâåííî ïðèìåíÿòü íåâîçìîæíî. Ìåñòî ìåõàíèêè Íüþòîíà çàíèìàåò ñòàòèñòè÷åñêàÿ ìåõàíèêà. Îíà ïîçâîëÿåò âû÷èñëÿòü ñðåäíèå çíà÷åíèÿ ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí, êîòîðûå ðåãèñòðèðóþòñÿ ìàêðîñêîïè÷åñêèìè ïðèáîðàìè.

Òåðìîäèíàìè÷åñêèå ïàðàìåòðû ñ ìèêðîñêîïè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ

Êàê ñâîéñòâà, òàê è ñîñòîÿíèå ìàêðîñêîïè÷åñêîãî òåëà îïðåäåëÿþòñÿ õàðàêòåðîì âçàèìîäåéñòâèÿ è äâèæåíèÿ ñëàãàþùèõ åãî ÷àñòèö. Ñëåäîâàòåëüíî, çíà÷åíèå ëþáîãî òåðìîäèíàìè÷åñêîãî ïàðàìåòðà äîëæíî áûòü êàêèì-òî îáðàçîì ñâÿçàíî ñ äâèæåíèåì ìîëåêóë èëè àòîìîâ òåëà.

Òàêàÿ ñâÿçü íà êà÷åñòâåííîì óðîâíå áûëà ðàññìîòðåíà â § 3.1 íà ïðèìåðå äàâëåíèÿ ãàçà íà ñòåíêó ñîñóäà. Áûëî ïîêàçàíî, ÷òî ìàíîìåòð ðåãèñòðèðóåò ñðåäíþþ ïî âðåìåíè ñèëó, äåéñòâóþùóþ íà åäèíèöó ïëîùàäè ïîâåðõíîñòè åãî ìåìáðàíû ñî ñòîðîíû ìîëåêóë. Èç-çà òîãî ÷òî óäàðîâ î ñòåíêó î÷åíü ìíîãî, ýòî ñðåäíåå çíà÷åíèå îêàçûâàåòñÿ âïîëíå îïðåäåëåííîé âåëè÷èíîé, íåñìîòðÿ íà íåáîëüøèå êîëåáàíèÿ äàâëåíèÿ.

Äàâëåíèå ãàçà â êàæäûé ìîìåíò çàâèñèò îò êîîðäèíàò è èìïóëüñîâ ìîëåêóë ãàçà. Îíî èçìåíÿåòñÿ ñî âðåìåíåì èìåííî ïîòîìó, ÷òî ìåíÿþòñÿ ýòè âåëè÷èíû. Äàâëåíèå êàê ìàêðîñêîïè÷åñêèé ïàðàìåòð åñòü íå ÷òî èíîå, êàê ñðåäíåå ïî âðåìåíè îò íåêîòîðîé ôóíêöèè êîîðäèíàò è èìïóëüñîâ âñåõ ìîëåêóë ãàçà.

Ýòîò âûâîä íîñèò îáùèé õàðàêòåð: çíà÷åíèÿ òåðìîäèíàìè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ â ñîñòîÿíèè òåðìîäèíàìè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ ÿâëÿþòñÿ ñðåäíèìè ïî âðåìåíè îò ñîîòâåòñòâóþùèõ ýòèì ïàðàìåòðàì ôóíêöèé êîîðäèíàò è èìïóëüñîâ ÷àñòèö, ñëàãàþùèõ ñèñòåìó.

Ñèñòåìû èç áîëüøîãî ÷èñëà ÷àñòèö è çàêîíû ìåõàíèêè

Òåðìîäèíàìè÷åñêèå ïàðàìåòðû, êîòîðûå è ÿâëÿþòñÿ ìàêðîñêîïè÷åñêèìè õàðàêòåðèñòèêàìè ñîñòîÿíèÿ âåùåñòâà, ïîäëåæàùèìè îïðåäåëåíèþ, ìîãóò áûòü íàéäåíû ïóòåì óñðåäíåíèÿ ïî âðåìåíè ôóíêöèé êîîðäèíàò è èìïóëüñîâ âñåõ ÷àñòèö ñèñòåìû. Íî äëÿ ýòîãî íóæíî çíàòü çàâèñèìîñòü êîîðäèíàò è èìïóëüñîâ âñåõ ìèêðî÷àñòèö îò âðåìåíè, ò. å. ðåøèòü çàäà÷ó î äâèæåíèè îãðîìíîãî ÷èñëà ÷àñòèö.

Äâèæåíèå ìîëåêóë â êëàññè÷åñêîé (íå êâàíòîâîé) ôèçèêå ïîä÷èíÿåòñÿ çàêîíàì ìåõàíèêè Íüþòîíà. Ñîñòîÿíèå ñèñòåìû èç ëþáîãî ÷èñëà ÷àñòèö ïîëíîñòüþ îïðåäåëÿåòñÿ çàäàíèåì èõ êîîðäèíàò è ñêîðîñòåé (èëè èìïóëüñîâ). Çàêîíû ýòè ïðîñòû, îäíàêî îíè ìàëî ÷òî ìîãóò äàòü, åñëè èõ íåïîñðåäñòâåííî ïðèìåíèòü ê äâèæåíèþ ÷àñòèö, ñëàãàþùèõ ìàêðîòåëà, ïîñêîëüêó ÷àñòèö î÷åíü ìíîãî. Ìåõàíèêà Íüþòîíà õîðîøî ïðèñïîñîáëåíà äëÿ îïèñàíèÿ äâèæåíèÿ íåáîëüøîãî ÷èñëà òåë. Íî è â ýòîì ñëó÷àå ñðàâíèòåëüíî ïðîñòûå ñèëû âûçûâàþò äâèæåíèÿ, êîòîðûå ìîãóò îêàçàòüñÿ âåñüìà ñëîæíûìè. Íàïðèìåð, ïðîñòûå ñèëû âñåìèðíîãî òÿãîòåíèÿ îáóñëîâëèâàþò î÷åíü ñëîæíûå òðàåêòîðèè ïëàíåò, åñëè ó÷èòûâàòü íå òîëüêî ïðèòÿæåíèå èõ ê Ñîëíöó, íî è âçàèìíîå âëèÿíèå äðóã íà äðóãà.

Åñëè æå ÷èñëî äâèæóùèõñÿ ÷àñòèö äîñòèãàåò ìèëëèîíîâ, ìèëëèàðäîâ è ò. ä., òî ÷èñòî ìåõàíè÷åñêèé ïîäõîä âîîáùå òåðÿåò ñìûñë. Ìîæíî òåøèòü ñåáÿ èëëþçèåé, ÷òî â ïðèíöèïå, åñëè áûëî áû èçâåñòíî ñîñòîÿíèå ñèñòåìû (ò. å. êîîðäèíàòû è èìïóëüñû âñåõ ÷àñòèö ñèñòåìû) â íà÷àëüíûé ìîìåíò âðåìåíè è çàäàíû ñèëû âçàèìîäåéñòâèÿ ÷àñòèö äðóã ñ äðóãîì, ìîæíî áûëî áû ðàññ÷èòàòü äâèæåíèå ÷àñòèö çàìêíóòîé ñèñòåìû ñ ëþáîé ñòåïåíüþ òî÷íîñòè. Îäíàêî ñàìà ïîñòàíîâêà çàäà÷è (îïðåäåëåíèå íà÷àëüíûõ ïîëîæåíèé è èìïóëüñîâ ÷àñòèö) íå ìåíåå òðóäíà, ÷åì åå ðåøåíèå.  ýòîé ñèòóàöèè íå ïîìîãóò íèêàêèå âû÷èñëèòåëüíûå ìàøèíû.

Èçâåñòíî, íàïðèìåð, ÷òî ãàç, âçÿòûé â îáúåìå 1 ñì3, ïðè íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ ñîäåðæèò îêîëî 1019 ìîëåêóë; äëÿ çàäàíèÿ èõ íà÷àëüíîãî ñîñòîÿíèÿ íåîáõîäèìî 6 • 1019 ÷èñåë. Åñëè ââîäèòü â ÝÂÌ ïî òûñÿ÷å ÷èñåë â 1 ñ, òî ïîòðåáóåòñÿ îêîëî 2 • 109 ëåò. Êðîìå òîãî, âåäü íè îäíà ñèñòåìà íå ìîæåò ñ÷èòàòüñÿ ïîëíîñòüþ èçîëèðîâàííîé îò âíåøíèõ âîçäåéñòâèé. Îíè âñåãäà åñòü. Ïî ïîäñ÷åòàì ôðàíöóçñêîãî ó÷åíîãî Ý. Áîðåëÿ, èçìåíåíèå êîîðäèíàò è ñêîðîñòåé ìîëåêóë íà âåëè÷èíó ïîðÿäêà 10-100 äåëàåò íåâîçìîæíûì ïðåäñêàçàíèå äâèæåíèÿ ìîëåêóë ãàçà óæå ñïóñòÿ 10-6 ñ. À âåäü òàêîå èçìåíåíèå êîîðäèíàò è ñêîðîñòåé ìîëåêóë ãàçà ìîæåò ïðîèçîéòè, åñëè íà Ñèðèóñå 1 ã âåùåñòâà ïåðåìåñòèòñÿ íà 1 ñì.

Îêîí÷àíèå ïàðàãðàôà >>>

 

 

Ðåéòèíã@Mail.ru



Ñîäåðæàíèå

!-- Step 2 - Decide on the place where you want to place the video -->
. Âàæíî, ÷òîáû ñêðèïò áûë ïîñëå áëîêà. Íàïðèìåð, ìîæíî ðàçìåñòèòü ïåðåä òåãîì -->