Mövzu 1 Termodinamika və statistik fizikanın predmeti, əsas anlayışları. Termodinamikanın postulatları Plan

Mövzu 1

Termodinamika və statistik fizikanın predmeti,

əsas anlayışları. Termodinamikanın postulatları
Plan:

1. 
   Termodinamika və statistik fizikanın predmeti,əsas anlayışları
   
2. 
   Termodinamikanın postulatları
   
3. 
   Tarazlıq halı və tarazlıq prosesləri
   
4. 
   Termodinamikanın əsas anlayışları
   

Termodinamika və statistik fizika çoxlu sayda mikrozərrəciklərdən ibarət makroskopik sistemlərdə baş verən fiziki proseslərin öyrənilməsi ilə məşğul olur(sistemin konkret şəklindən asılı olaraq bu mikrozərrəciklər- atomlar, molekullar, ionlar, fotonlar və sair ola bilər). Bu sistemlərin ölçüləri və yaşama müddəti onlar üzərində təcrübə aparılması üçün kifayət qədər böyük olmalıdır. Makroskopik sistemin hissələri alt sistem adlandırılır. Alt sistemlər çox kiçik ola bilər, lakin o da makroskopik olmalıdır.

Makroskopik sistemlər bir - biri ilə müxtəlif qarşılıqlı təsirdə ola bilər: mexaniki qarşılıqlı təsir,istilik qarşılıqlı təsiri və maddi qarşılıqlı təsir( , , ).

Ətraf mühitlə heç bir qarşılıqlı təsirdə olmayan sistem tam izolə olunmuş sistem adlanır( , , ).

Əgər sistem ətraf mühitdən istiliyi keçirməyən divarla örtülüdürsə, belə sistem adiabatik izolə olunmuş sistem adlanır( ).

Ətraf mühitlə maddi mübadilə edə bilməyən sistem qapalı sistem adlanır( ), hissəciklərinin sayı dəyişən sistemlər isə açıq sistem adlanır .

Əgər öyrənilən sistem çox böyük makroskopik sistemin kiçik bir hissəsidirsə, onda baş verən enerji dəyişikliyi böyük sistemin halını demək olar ki, dəyişməyəcək. Belə böyük sistem termostat, onun hissəsi isə termostat daxilində olan sistem adlanır.

Verilmiş xarici şəraitdə olan hər bir sistemin halını təcrübədə ölçülə bilən məhdud sayda fiziki kəmiyyətlərlə təsvir etmək olar. Bu kəmiyyətlər termodinamik parametrlər adlanır. Bu parametrlər həm sistemin özünü, həm də onun olduğu xarici şəraiti xarakterizə edir. Baxılan sistemlə qarşılıqlı təsirdə olan kənar cisimlərin koordinatları ilə təyin olunan parametrlər xarici parametrlər adlanır: qazın həcmi, elektrik sahəsinin gərginliyi və s. Xarici cisimlərin koordinatından başqa, sistemdəki zərrəciklərin koordinat və impulslarından asılı olan parametrlər daxili parametrlər adlanır: təzyiq, temperatur, maqnitlənmə vektoru və s. Daxili parametrlərintensiv və ya ekstensiv ola bilər. Sistemdə olan hissəciklərin sayından asılı olmayan parametrlər intensiv parametrlərdir: təzyiq, temperatur və s. Sistemdəki hissəciklərin sayı ilə mütənasib olan parametrlər ekstensiv və ya additiv kəmiyyətlər adlanır: enerji, termodinamik potensiallar və s.

Termodinamik parametrlər dəsti ilə təyin olunan hala sistemin makroskopik halı deyilir.

Makroskopik sistemlərdə baş verən fiziki proseslərin termodinamik yanaşma ilə öyrənilməsi sistemin atom - molekul quruluşu ilə əlaqəli olan heç bir modelə əsaslanmır və öz mahiyyətinə görə fenomenoloji metoddur. Bu, termodinamik metodun bilavasitə müşahidə olunan kəmiyyətlər, yəni təcrübədə ölçülə bilən təzyiq, temperatur, həcm, məhlulun qatılığı,elektrik və maqnit sahələrinin gərginlikləri, işıq seli və s. bu kimi makroskopik kəmiyyətlər arasında əlaqələrin qurulmasından ibarət olan məsələlərin həlli ilə məşğul olması deməkdir. Məsələlərin termodinamik metodla həllinə maddənin atom - molekul quruluşu ilə bağlı heç bir kəmiyyət - atomların və molekulların ölçüsü, onların kütləsi, sayı və s. daxil olmur.

Bunun əksinə olaraq, makroskopik cisimlərin xassələrinin statistik metodla öyrənilməsi lap əvvəldən atom - molekul təsəvvürlərinə əsaslanır. Statistik fizikanın əsas məsələsini aşağıdakı kimiifadə etmək olar: sistemi təşkil edən zərrəciklərin özünü aparmasının qanunauyğunluqlarını bilərəkmakroskopik cismin hərəkət qanunauyğunluğunu müəyyən etməli(atom, molekul, ion və sair).

Termodinamik metod model təsəvvürlərlə əlaqədar olmadığından çox böyük ümumilik xassəsinə malikdir. Statistik qanunauyğunluqlar isə yalnız sistemin kiçik hissəciklərinin özünü aparmasına aid fərziyyələrin doğru olduğu oblastlarda ödənilir.

Bundan başqa, termodinamik metod özünün çox böyük sadəliyi ilə fərqlənir və sadə riyazi hesablamalardan istifadə etməklə, atom və molekullara aid heç bir məlumatdan istifadə etmədən çoxlu sayda konkret məsələlərin həll olunmasına imkan verir(texniki termodinamika, istilik texnikası). Bununla belə, termodinamik metod əhəmiyyətli çatışmazlıqlara malikdir: termodinamik yanaşma zamanı hadisələrin daxili mexanizmi açılmamış qaldığından "nə üçün" sualı əhəmiyyətsiz bir sual hesab olunur. Məsələn, termodinamik metodla mis naqilin sürətlə dartılma zamanı soyuduğunu, rezin bağın(qaytanın) dartılması zamanı isə qızdığını təyin edə bilərik. Biz bu nəticə ilə kifayətlənirik, bu hadisəyə səbəb olan fiziki mexanizm isə gizli qalır.

Hadisələrin öyrənilməsinə statistik yanaşma, prinsipcə, termodinamik yanaşma zamanı ümumiyyətlə həll oluna bilməyən məsələləri həll etməyə imkan verir: belə məsələlərdən ən mühümləri makroskopik sistemlərin hal tənliklərinin çıxarılması, istilik tutumu nəzəriyyəsi, şüalanma nəzəriyyəsinin bir sıra məsələləridir. Nəhayət, statistik metod bir tərəfdən termodinamika qanunlarının ciddi izahını verməyə imkan yaradır, digər tərəfdən onun tətbiq olunma hüdudlarını müəyyən etməyə, klassik termodinamikanın qanunlarının pozula biləcəyini(fluktasiyaları - yəni, kənaraçıxmaları) əvvəlcədən deməyə imkan verir.

Bu deyilənlərdən hadisələrin öyrənilməsinə həm termodinamik, həm də statistik metodla yanaşmanın üstünlükləri və çatışmazlıqları aydın olur.

Deyilənlərdən məlum olur ki, termodinamika və statistik fizika optika, mexanika, eiektrodinamika və fizikanın digər bölmələrində olduğu kimi hadisələrin müəyyən kəskin sərhədli(məhdud) oblastını öyrənməyib, tarazlıq halında olan istənilən makroskopik cisimlərin(sistemlərin) öyrənilməsi metodudur. Ona görə də, bir çox hallarda vahid statistik termodinamik metoddan danışılır.

Statistik termodinamikanın metodları ilə kifayət qədər çox sayda zərrəciklərdən ibarət istənilən sistemi öyrənmək olar: qazları, mayeləri, bərk cisimləri, plazma, elektrolitlər, işıq şüalanması və hətta yüzlərlə nuklondan təşkil olunmuş ağır nüvələri də öyrənmək olar.

Fizikanın sistemin tarazlıqda olmayan hallarını və proseslərini öyrənən bölməsi tarazlıqsız termodinamika və ya fiziki kinetika adlanır. Bu bölmə statistik termodinamik metoda nisbətən daha az işlənmişdir, lakin son illərdə sürətlə inkişaf etməkdədir. Xüsusilə fiziki kinetika relaksasiya və ya tarazlaşma proseslərini, stasionar köçürmə proseslərini öyrənir.