Молекулярная физика и термодинамика

Введение

Молекулярная физика изучает физические - свойства веществ исходя из представления об их молекулярном строении. Её основной метод -­ физическая статистика, в котором не следят за поведением каждой молекулы, а используют средние величины, осреднённые по огромному массиву молекул.

В молекулярной физике происходит переход наших представлений в новое качество: от точного знания мы переходим к знанию усреднённому, приближённому. Мы не знаем (да и не стремимся узнать) как движется каждая из 10²⁰ молекул и не только потому, что (как пишут в литературе) рассчитать движение каждой молекулы технически сложно (10²⁰ диф. уравнений). Главное в том, (и об этом, почему-то в учебниках не пишут), что указать точное движение даже 1-2 молекул в замкнутом сосуде принципиально невозможно, т. к. свойства молекул и параметров движения носят вероятностный характер (квантовая механика).

На наше счастье в телах настолько огромное число молекул, что знать о движении каждой и не нужно, потому что их совместное результирующее действие с очень высокой точностью можно описать средними величинами.

Рассмотрим пример давления газа на поршень, которое обусловлено ударами молекул. В молекулярной физике давление описывается одним числом Р. Насколько это обосновано? Отметим, что в действительности сила давления флуктуирует вокруг некоторого среднего значения. Причём, чем больше число молекул, тем меньше относительные флуктуации и тем с большим основанием можно вводить понятие давления и считать его константой. (Относительные флуктуации ,где n – концентрация молекул, и при ). Таким образом, чем больше число молекул, тем меньше относительные флуктуации.

Аналогично температура является мерой интенсивности (энергии) хаотического движения молекул и тем более точно описывает систему, чем больше в ней частиц.

Принципиально иным подходом к свойствам веществ является термодинамика. Термодинамику, в отличие от молекулярной физики, не интересует строение тел. Термодинамика изучает количественные и качественные соотношение между макроскопическими характеристиками объектов (энергию, температуру, давление, фазовые переходы и т.д.), исходя из трех экспериментально установленных законов (начал), обладающих большой общностью. Поэтому термодинамический подход можно применять к большому кругу явлений (газы, твердые тела, электромагнитные поля и др.).

Термодинамика, как и молекулярная физика, не учитывает флуктуации и при малом числе частиц теряет смысл.