Описание:Курс "Молекулярная физика и термодинамика" предназначен для проведения семинарских занятий. В основе курса лежит методика решения традиционных задач, разработанная для курса общей физики. Наряду с традиционными задачами в курс включены задачи технической и химической термодинамики, элементы иерархической термодинамики, а также обсуждаются вопросы термодинамики полимеров и живых систем.
Молекулярная физика и термодинамика описывают системы, состоящие из большого числа частиц и процессы в них, которые являются результатом совместного действия всех частиц системы. Поведение каждой молекулы в отдельности подчиняется законам механики. Совокупность огромного числа молекул приобретает качественно новые свойства и характеризуется новыми параметрами (например, давлением и температурой), которых нет у отдельных молекул.
Рассматриваются два подхода к описанию ансамблей большого числа частиц: термодинамический и статистический.
Статистические методы дают возможность определять средние значения физических величин, позволяют более глубоко раскрыть физический смысл термодинамических законов и термодинамических характеристик, таких как температура и энтропия.
Общая термодинамика – наука о наиболее общих свойствах макроскопических систем и происходящих в них процессах независимо от микроскопических характеристик системы. Это наука об энергии, формах ее перехода от одной системы к другой и преобразовании ее в физических, химических, биологических и других процессах. Термодинамика является, пожалуй, единственной наукой, чьи методы используются во всех естественнонаучных исследованиях. Методы термодинамики имеют универсальный характер и используются в физике, химии, геологии, биологии и др. областях естествознания. Поэтому в общей термодинамике выделились отдельные разделы. Приведем в качестве примера некоторые из них:
статистическая термодинамика (дает молекулярно-статистическое обоснование общей термодинамике и всем ее разделам, основываясь на методах теории вероятности и математической статистики); физическая термодинамика; химическая термодинамика (изучение химического равновесия и направления химических процессов); термодинамика поверхностных явлений; электрохимическая термодинамика; термодинамика необратимых (неравновесных) процессов (теплопередачи, диффузии и т.п., а также процессов самоорганизации пространственных и временных структур в физико-химических явлениях): устанавливает неравенства, указывающие направление необратимых процессов; термодинамика иерархических систем (изучает сложные биологические системы, открытые для обмена энергией и веществом); вычислительная термодинамика (используется в химической, металлургической, топливной и др. отраслях промышленности).
Рассмотрение основных законов и концепций, развиваемых в каждом из указанных выше разделов позволяет, во-первых, расширить кругозор обучающегося, во-вторых, ощутить мир в его целостности и многообразии и, в-третьих, понять фундаментальную роль физических законов в явлениях Природы.