Развитие термодинамики
Термодинамика как наука возникла в середине XIX века и вначале представляла собой теорию, которая изучала процессы в тепловых двигателях. Название «термодинамика» происходит от греческих слов «термо» – тепло и «динамикос» – сила. В соответствии с практическими задачами термодинамике отводилась роль науки о законах взаимного преобразования теплоты и работы.
Термодинамика развивалась, когда еще не сложились представления о внутренней структуре материи, поэтому методы исследования, применявшиеся в термодинамике, основывались на изучении самых общих зависимостей между физическими величинами, которые можно было определить непосредственным измерением, не прибегая к анализу взаимодействия между отдельными частицами материи.
В дальнейшем оказалось, что методы, которые используются в термодинамике для исследования процессов, можно применять к различным физическим и химическим явлениям в системах, состоящих из весьма большого количества частиц. Это определило развитие термодинамики как отрасли теоретической физики, которая изучает в таких системах общие закономерности взаимного превращения различных форм движения материи, а также связанные с этими процессами изменения физических свойств тела. Поэтому исторически сложившееся название этой науки сейчас не вполне соответствует тем задачам, которые она решает.
Особенности термодинамики
Термодинамика имеет ряд особенностей, которые определяются применяемыми в ней методами исследования явлений.
Первая особенность состоит в том, что в термодинамике используются макрофизические методы исследования, то есть изучаются лишь макроструктурные свойства систем, которые состоят из большого числа частиц. Поэтому термодинамика оперирует только понятиями макрофизической природы (например, температурой, давлением), то есть такими величинами, которые характеризуют состояние вещества безотносительно к его микроструктурным свойствам. Термодинамический метод применим для самых различных систем, состоящих из большого числа частиц, и в этом смысле термодинамику можно рассматривать как универсальный аппарат для исследования макрофизических процессов.
Вторая особенность термодинамики – это то, что она является дедуктивной наукой, основывающейся на некоторых общих, установленных из опыта положениях, важнейшими из которых являются первый и второй закон термодинамики. Применяя эти положения, в термодинамике находят зависимости между различными величинами для конкретных частных случаев. При этом большое внимание уделяется анализу тепловых явлений, которые имеют место в различных физических и химических процессах.
Третья особенность термодинамики состоит в том, что в ней изучаются процессы, которые протекают при равномерном распределении параметров по объему системы, то есть в равновесных системах и при переходе систем в состояние равновесия, причем скорость протекания процессов обычно не рассматривается.
О термодинамическом методе исследования
Недостаток термодинамического метода исследования состоит в том, что его следует дополнять экспериментальными методами, а также расчетными приемами, которые учитывают микроструктуру вещества. Кроме этого, недостатком является отсутствие наглядных доказательств, а также в ряде случаев невозможность объяснения физической сущности изучаемых явлений.
В силу общего характера получаемых зависимостей термодинамика является важной отраслью теоретической физики, используемой для анализа макрофизических связей во многих процессах. Еще в начале XX века считалось предпочтительным при изучении различных явлений применять термодинамический метод исследования, не прибегая к более детальному рассмотрению механизма процессов.
В ряде случаев такой подход оказался весьма плодотворным, так как позволил сравнительно просто изучить и предсказать большое число явлений. Даже сейчас, когда теоретическая физика изучает в основном микромеханизм процессов, применение этого метода часто дает возможность проверить и подтвердить полученные результаты. С другой стороны, данные микрофизики позволяют объяснить многие макрофизические эффекты (например, при изучении физических свойств реальных веществ).
Термодинамика сегодня
В настоящее время методы термодинамики применяются для изучения таких несходных по своей физической природе явлений, как процессы переноса, химические и фазовые превращения, процессы излучения, работа гальванического элемента и др. В соответствии с этим различают химическую термодинамику, термодинамику поверхностных явлений, термодинамику необратимых процессов и ряд других специфических направлений термодинамики.
Процессы взаимного превращения теплоты и работы рассматриваются в технической термодинамике, которая является основой теории тепловых двигателей и представляет собой часть теплотехники. Термодинамика и сегодня изучает свойства рабочего вещества теплового двигателя (свойства идеальных и реальных газов), основные газовые процессы, а также выполняет термодинамический анализ циклов тепловых двигателей. Исп. литература: 1) Основы теплоэнергетики, А.М. Литвин, Госэнергоиздат, 1958. 2)Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,"Вышейшая школа", 1976. 3) Теплотехника, изд.2, под общей ред. И.Н.Сушкина, Москва «Металлургия», 1973.
Добавить комментарий