Cтраница 3
Как видим, 90 лет назад на самом раннем периоде образования механической теории теплоты - термодинамики - Алымов с исключительной глубиной и четкостью охарактеризовал сущность основного метода построения термодинамики - метода феноменологического. В дальнейшем созвучными с высказываниями Алымова об основном методе построения термодинамики были высказывания многих ученых. [31]
Рассмотрим теперь, как определяются термодинамические функции для NVT-ансамбля. В силу того что рассматриваемые системы малы, необходимо при построении термодинамики в данном случае соблюдать известную осторожность, так как не все обычные термодинамические соотношения будут выполняться одновременно. [32]
Напомню, что одной из причин, побудивших Вейля заняться этой задачей, послужила необходимость обоснования вывода Рэле-ем и Джинсом формулы для спектрального распределения излучения черного тела и вывода Дебаем формулы для теплоемкости кристалла. Эти задачи, сыгравшие важную роль в развитии квантовой механики, можно коротко сформулировать как задачи построения термодинамики идеального Бозе-газа. [33]
Принимая эту гипотезу, мы, очевидно, допускаем возможность макроскопических нарушений классической термодинамики и признаем необходимость построения новой термодинамики, в рамках которой классическая термодинамика должна быть лишь частным случаем, справедливым для узкого класса систем, имеющих ограниченный энергетический спектр. [34]
Разумеется, в рамках одной ограниченной по объему книги авторы не могут представить все известные направления в современной термодинамике и провести полный анализ исторического развития физических и философских предпосылок, лежащих в основе разных формулировок. Поэтому они ограничили свое внимание только некоторыми из этих теорий, которые они считают, с одной стороны, наиболее перспективными для будущего построения термодинамики, а с другой - достаточно общими с точки зрения их применимости для изучения широкого круга явлений. [35]
Первые русские учебники по термодинамике были созданы в конце СО-х-начале 70 - х годов XIX в. С тех пор было написано большое число замечательных учебников, большинство которых, к сожалению, давно забыто, хотя они в свое время являлись первоклассными учебниками, много давшими для развития и построения термодинамики и ее курсов. Изучение этих учебников дает большой, разносторонний и исключительно ценный материал по истории термодинамики и развитию методов исследований и доказательств ее основных положений. Эти данные переносят нас в творческую, научную и методическую работу наших предшественников, осуществлявшуюся много десятилетий назад, результаты которой имеют не только отражение в современных учебниках, но порой и использование без каких-либо существенных изменений. Эти данные позволяют также установить принципиальные и наиболее интересные направления развития самих учебников. В настоящее время, когда к лекциям и учебникам предъявляются исключительно высокие требования, знание этих исторических данных становится особенно важным, поскольку не менее необходимо представлять себе основные этапы развития науки, а также те обстоятельства, которые в свое время их вызывали. [36]
Фундаментальные законы, совокупность которых составляет аксиомы термодинамики, называются началами термодинамики. Не все эти законы одинаковы по своему физическому значению и общности; однако они эквивалентны в том смысле, что каждый из них является независимой аксиомой, которая не может быть исключена при построении термодинамики. По этой причине тепловую теорему Нернста, а возможно и условие взаимности Онза-гера, лежащее в основе термодинамического описания неравновесных процессов, следует рассматривать как начала термодинамики и именовать таковыми; к ним же, естественно, относится и рассмотренное в гл. [37]
Накопленный опыт в разработке основ термодинамики показывает, что на данном этапе более целесообразно построение дополняющих друг друга дедуктивных теорий, каждая из которых решает отдельный аспект проблемы. Часть основных усилий направлена на корректный вывод энтропии из второго начала термодинамики, другая часть - на вывод строгих следствий из постулатов о существовании энтропии и ее свойств. Первое направление следует традиции построения термодинамики, восходящей к Клаузиусу - Кельвину - Каратеодори ( разд. Нетривиальные математические проблемы, которые возникают на этом пути, являются основным предметом обсуждения ниже. Второе направление развивается в духе термодинамики Гиббса. Примером аксиоматической теории этого типа является термодинамика равновесия Тиссы [93], которая рассматривается в разд. [38]
Первый метод ( метод избытков), разработанный Гиббсом [1], заключается в том, что свойства соприкасающихся фаз считаются постоянными вплоть до некоторой поверхности, называемой разделяющей, а фактическое изменение параметров в поверхностном слое учитывается с помощью избытков, отнесенных к площади разделяющей поверхности. Точное положение последней является в известной мере произвольным. Гиббс считал, что поверхностный слой имеет конечную толщину и объем, однако, учитывая трудности определения толщины, он развил весьма изящную систему построения термодинамики поверхностных явлений, в которой толщина поверхностного слоя не используется для построения теории. [39]
Второе начало термодинамики утверждает, что невозможно превратить в работу все отнятое у теплового резервуара тепло. Именно с изучения этого вопроса С. Карно начал построение термодинамики. [40]
Грузинцев высказывает свою точку зрения об основном методе построения термодинамики. Первый путь, однако, оказался неудобен: хаотическое движение частиц с трудом поддается строгому анализу; второй путь оказался более плодотворен и удобен. Как видим, Грузинцев, говоря о методах построения термодинамики, высказал по существу современную точку зрения. [41]
Первоначально метод слоя конечной толщины, обоснованный трудами Ван-дер - Ваальса, Баккера, Версхаффельта и Гуг-генгейма, развивался как независимый метод термодинамики поверхностных явлений. Позднее было обращено внимание на то, что при строгой формулировке этого метода требуется привлечение понятия разделяющей поверхности, но при этом используется не одна, а две разделяющих поверхности. Еще большая связь с методом Гиббса проявляется при построении термодинамики искривленных поверхностей методом слоя конечной толщины, где, как и в методе Гиббса, используется понятие поверхности натяжения. [42]
Термодинамика построена по аксиоматическому принципу. Ее основу составляют фундаментальные законы природы, принимаемые за аксиомы; из этих аксиом логическим путем выводятся все главнейшие следствия, касающиеся различных термодинамических систем. Фундаментальные законы, совокупность которых составляет аксиомы термодинамики, представляют собой обобщение опыта и называются началами термодинамики. Не все эти законы одинаковы по своему физическому значению и общности, однако каждый из них является независимой аксиомой, которую нельзя исключить при построении термодинамики как науки. [43]
Обычно в учебниках за основу построения технической термодинамики принимаются два ее начала, глубоко обоснованные и проверенные многовековым опытом. Теория термодинамики развивается в них как следствие этих начал. В этом случае основным методом построения большей части теории термодинамики будет метод феноменологический, не нуждающийся в знании молекулярного строения вещества и механизма осуществляющихся в них внутренних молекулярных процессов. Как мы видим, при рассмотрении учебников ( Зер-нова, Саткевича, Планка и др.) их авторы тоже полагали, что феноменологический метод является основным методом построения термодинамики. [44]