Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
4°. Движение броуновской частицы является полностью хаотическим. Поэтому среднее смещение (зс) частицы вдоль і произвольного направления равно нулю. Средний квадрат смещения (х2) пропорционален времени t наблюдения над части- j цей и выражается формулой Эйнштейна ї
(х2) = 2 Dt, !
§ И.4.8. ПОНЯТИЕ О ТРЕТЬЕМ ЗАКОНЕ ТЕРМОДИНАМИКИ
177
где D — коэффициент диффузии броуновских частиц. Для частицы сферической формы радиуса г
6яг|г№Л ’
Здесь T — термодинамическая температура, R — универсальная газовая постоянная (11.1.4.4°), г\ — коэффициент вязкости жидкости или газа (11.3.8.4°), Na — постоянная Авогадро (IX).
§ II.4.8. Понятие о третьем законе термодинамики
1°. Энтропия как новая функция состояния системы вводится с помощью дифференциального соотношения (11.4.4.2°). Поэтому энтропия может быть определена лишь с точностью до произвольной постоянной, которая не может быть найдена из первого и второго законов термодинамики. В связи с этим оказывается невозможным определение абсолютного значения энтропии.
2°. Экспериментальное изучение свойств веществ при сверхнизких температурах привело к установлению третьего закона термодинамики, или принципа Нернста: при любом изотермическом процессе, проведенном при абсолютном нуле температуры, изменение энтропии равно нулю
ASt = O5=O и S=S0 = const,
независимо от изменения любых параметров состояния (например, объема, давления, напряженности внешнего силового поля и др.).
Третье начало не позволяет находить абсолютное значение энтропии. Однако постоянство энтропии при T = O позволяет выбрать эту постоянную за начало отсчета значений энтропии, т. е. принять S0 = 0.
3°. Принцип Нернста в формулировке Планка: при абсолютном нуле температуры энтропия системы равна нулю. Если W0, W1, ..., Wn — последовательность энергетических уровней системы (VI.1.2.5°), то при абсолютном нуле температуры равновесная система находится в наинизшем состоянии с энергией W0, термодинамическая вероятность которого (11.4.5.2°)
178
ГЛ. II. 5. РЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ И ПАРЫ
P=I. Поэтому константу в формуле Больцмана (11.4.5.1°) нужно положить равной нулю:
S = kin Р.
4°. Для всех тел при T = OK обращаются в нуль теплоемкости при постоянном объеме Cv^1 (11.2.5.2°). В самом деле, если температура системы достаточно низка, так что средняя кинетическая энергия частицы (11.3.6.3°) значительно меньше разности Aw между ее нижним и первым энергетическими уровнями (Au? 2> kT), то тепловые возбуждения системы недостаточны, чтобы перевести систему из состояния с энергией W0 в состояние с энергией W1. Поэтому при сверхнизких температурах система должна находиться в состоянии с наименьшей энергией W0. Внутренняя энергия U0 системы (П.2.1.2°) равна W0, т. е. IZ0 = W0. Поэтому теплоемкость системы при постоянном объеме
Cd U\ fdWQ\
~ (drjy = (dF )„ = 0 при т -»о-
При абсолютном нуле температуры обращается в нуль также коэффициент объемного расширения (VII.1.2.3°).
Из третьего начала следует, что невозможен такой процесс, в результате которого тело могло бы быть охлаждено до температуры абсолютного нуля (принцип недостижимости абсолютного нуля температуры).
Глава II.5 РЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ И ПАРЫ
§ II.5.1. Силы межмолекулярного взаимодействия
1°. Свойства не сильно разреженных газов отличаются от свойств идеальных газов, подчиняющихся уравнению Менделеева—Клапейрона (11.1.4.4°). Опыты показывают, что удельные теплоемкости (11.2.5.2°), коэффициенты вязкости (11.3.8.4°) и другие величины у реальных газов имеют значения, отличающиеся от значений соответствующих физических величин для идеальных газов.
§ П.5.1. СИЛЫ МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ 179
2°. Реальным газом называется газ, между молекулами которого действуют силы межмолекулярного взаимодействия.
Паром называется реальный газ, который находится в состояниях, близких к конденсации.
3°. Силы межмолекулярных взаимодействий очень быстро убывают при увеличении расстояния между молекулами (короткодействующие силы). На расстояниях между молекулами, превышающих IO-9 м, силами межмолекулярного взаимодействия можно пренебречь. Силы взаимодействия между молекулами подразделяются на силы притяжения и силы отталкивания. Оба типа сил действуют одновременно. В противном случае были бы невозможны определенные объемы жидких и твердых тел: образующие их частицы либо разлетались бы в разные стороны, либо слипались бы до наименьшего возможного объема.
4°. Силы взаимного притяжения и отталкивания различно зависят от расстояния г между молекулами. На расстояниях, сравнимых с линейными размерами атомов и малых неорганических молекул (1СГ10 м), преобладают силы отталкивания F1;
на расстояниях г порядка IO-9 м — силы взаимного притяжения F2. Если г — радиус-вектор, проведенный в точку, где находится молекула А, из другой точки, где находится молекула
В, действующая на первую с силами F1 и F2, то
Fi=Flr- и F2 = F2r- ¦
Проекции Flr и F2r сил F1 и F2 на направление г зависят от г следующим образом:
^r = ZVr13, F2r = -а/г7,
