Часть 2. Основы учения о климате и микроклимате

32

Тема 4. Основы молекулярной физики и термодинамики Введение Предмет мф и тд

Предметом изучения молекулярной физики и термодинамики служат тепловое движение частиц вещества, явления и процессы, обусловленных тепловым движением.

Вещество состоит из огромного числа молекул, и его принято называть  системой многих частиц, при этом можно считать, что каждая частица движется по законам классической механики Ньютона.

Состояние системы частиц характеризуется физическими величинами, называемыми параметрами состояния системы.

Одно и то же вещество может находиться в твердом, жидком и газообразном состоянии.

Агрегатные состояния вещества

Газы обладают:

• малыми плотностью, вязкостью (внутренним трением) и теплопроводностью,

• значительной сжимаемостью,

• большой скоростью диффузии,

• способностью занимать любой объем, который им предоставлен,

• отсутствием структуры (наличием лишь хаотически «кочующих» частиц).

Жидкости обладают:

• большими плотностью, вязкостью и теплопроводностью (по сравнению с газом),

• малой сжимаемостью,

• способностью образовывать поверхностный слой, в котором возникают поверхностные силы, обеспечивающие капиллярные явления, смачиваемость, возможность отделить жидкую фазу вещества от газообразной или твёрдой,

• структурой типа «ближний порядок» (атомы или молекулы в любом очень малом объёме размером порядка 3 - 4 межатомных расстояний являются «осёдлыми» и колеблются около равновесных положений, т. е. сгруппированы типа микроскопического кристаллика, но в отличие от действительных кристалликов группы частиц жидкости имеют симметрию 5-го порядка),

• способностью любой «осёдлой» частицы превращаться в «кочующую» (случайным образом покидать равновесное положение и скачкообразно перемещаться на несколько межатомных расстояний, превращаясь затем вновь в «осёдлую»).

Твёрдые тела обладают:

• очень большими плотностью, вязкостью и теплопроводностью,

• очень малой сжимаемостью,

• способностью иметь собственный объём и размеры (благодаря чему в сознании людей сформировалось представление о пространстве и геометрических образах, теория измерения пространства),

• свойствами ковкости, твёрдости, пластичности, упругости и пр., которые обусловлены структурой тела,

• с труктурой не только типа «ближний порядок» (в аморфных твёрдых телах), но и типа «дальний порядок» (в кристаллических телах с регулярным повторением элементарных ячеек Бравé),

• анизотропией (неодинаковостью физических свойств в различных направлениях),

• определенным набором элементов симметрии.

Основные методы изучения вещества

• Статистический, в основе которого молекулярно-кинетическая теория  (МКТ)  строения вещества и математическая теория вероятностей; состояние вещества описывается с помощью микропараметров – физических величин, характеризующих движение отдельной частицы вещества.

• Термодинамический, в основе которого «начала термодинамики» и математическая теория дифференциального и интегрального исчисления; состояние вещества описывается с помощью макропараметров – физических величин, характеризующих всю систему в целом.