Элементы термодинамики и статистической физики

Ломоносов Михаил Васильевич (1711 – 1765) – русский химик и физик. В 1756 г. на основе точного взвешивания установил закон сохранения вещества, опередив работы А. Лавуазье (1774). Был активным сторонником общих идей сохранения.

Паровая машина В 1764 г. И. Ползунов, в 1774, как универсальная машина Дж. Уаттом.

Карно Никола Леонард Сади (1796 – 1832) - французский физик и инженер, один из создателей термодинамики. Окончил политехническую школу в 1814 г. В 1814 – 19 и в 1826 – 27 гг. находился на военной службе в качестве инженера. В 1824 г. в небольшом по объему сочинении «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развить эту силу», исходя из невозможности создания вечного двигателя, впервые показал, что полезную работу можно получить лишь в случае, когда тепло переходит от тела, более нагретого к более холодному. Только разность температур нагревателя и холодильника обуславливает отдачу (КПД) тепловой машины, природа же рабочего тела не играет никакой роли.

Клайперон Бенда Поль Эмиль (1799 – 1864) – французский физик и инженер. Окончил политехническую школу в 1818 г. В 1820 – 1830 г. работал в Перербурге в Институте инженеров путей сообщения. После возвращения во Францию был профессором школы мостов и дорог в Париже.

В 1834 придал математическую форму идеям Карно. Исходя из этих идей, впервые ввел в термодинамику графический метод – индикаторные диаграммы, в частности предложил систему координат P – V. В 1834 г. вывел уравнение состояния идеального газа, обобщенное в 1874 Д. И. Менделеевым. (Уравнение Клайперона-Менделеева).

Майер Юлиус Роберт (1814 – 1878) – немецкий врач. В 1840 – 41 годах принимал участие в плавании на остров Яву как корабельный врач. Обратил внимание на то, что цвет венозной крови матросов значительно светлее, чем в северных широтах. Это навело его на мысль, что существует связь между потреблением вещества и образованием тепла. Установил, что количество окисляемых продуктов в организме человека возрастает с увеличением выполняемой работы. В 1840 г. допустил, что теплота и механическая энергия способны взаимно превращаться. Основные работы, излагавшие эту идею опубликованы в 1841 – 1842 гг.

Майер первым высказал мысль, что излучение солнца должно приводить к уменьшению его массы.

Джоуль Джеймс Прескотт (1818 - 1889) - английский физик, один из первооткрывателей закона сохранения энергии, член Лондонского королевского общества (1850г.). Родился в Солфорде. Получил домашнее образование. Первые уроки физики ему давал Дж. Дальтон, под влиянием которого Джоуль начал свои экспериментальные исследования.

Работы посвящены электромагнетизму, теплоте, кинетической теории газов. Установил в 1841 г. зависимость количества тепла, выделенного в проводнике при прохождении через него электрического тока, от величины тока и сопротивления проводника (закон Джоуля-Ленца). В 1843г. экспериментально показал, что теплоту можно получить за счет механической работы и вычислил механический эквивалент теплоты, дав тем самым экспериментальное подтверждение закона сохранения энергии.

Гельмгольц Герман Людвиг Фердинанд (1821-1894) - немецкий естествоиспытатель, член Берлинской АН (1871г.).

Родился в Потсдаме (31.08). Учился в Военно-медицинском институте и в Берлинском университете.

В 1842г. получил степень доктора. В 1849-55г.г. - профессор физиологии Кёнигсбергского университета, 1855-58г.г. - Боннского, в 1858-71г.г. - Гейдельбергского университетов. В 1871-88г.г. - профессор физики Берлинского университета, с 1888г. - президент физико - технического института.

В 1847г. в работе "О сохранении силы" сформулировал и обосновал закон сохранения энергии и постулировал его всеобщий характер - этому закону подчиняются механические, тепловые, электрические, физиологические и другие процессы. Серьезных результатов добился в физиологии.

В физиологической акустике выдвинул резонансную теорию слуха, построил модели уха. В физиологии зрения разработал теорию аккомодации, учение о цветовом зрении. Измерил скорость распространения Разработал количественные методы в физиологии.

В Берлинском университете (1878г) его ассистентом был Генрих Герц.

Томпсон (Румфорд) Бенджамин (1754 – 1814) – родился в США, в 1776 переехал в Англию. Был военным. В 1784 – 1798 занимал различные государственные посты в Баварии. Здесь, за заслуги в этой деятельности получил титул графа Румфорда. В 1799 возвратился в Лондон. С 1802 г. жил в Париже. В 1798 г. представил описание опытов, продемонстрировавших выделение тепла при сверлении пушечных стволов (для этого он в течение двух с половиной часов сверлил болванку тупым сверлом, получив большое количество тепла при минимуме стружки). Точным взвешиванием показал, что вес воды, образовавшейся при таянии льда, равен весу льда. Эти опыты стимулировали переход от теории теплорода к кинетической теории теплоты.

Клаузиус Рудольф Юлиус Эммануэль (1822 – 1888) – немецкий физик – теоретик, один из создателей термодинамики. Окончил Берлинский университет в 1848 г.

Работы в области молекулярной физики, термодинамики, теории паровых машин, теоретической механики, математической физики. Развивая идеи Н. Карно, точно сформулировал принцип эквивалентности теплоты и работы. В 1850 получил общие соотношения между теплотой и механической работой (первое начало термодинамики).

В 1850 г. сформулировал второе начало термодинамики: «теплота сама по себе не может перейти от более холодного тела к более теплому». Дал математическое выражение второго начала термодинамики как в случае обратимых процессов (1854), так и необратимых (1862). Ввел новое важное понятие – понятие энтропии (1865), установив, что в замкнутой системе она либо остается неизменной (в случае обратимых процессов), либо возрастает (в случае необратимых процессов). Связал направление протекания процессов с ростом энтропии. Пришел к выводу о тепловой смерти замкнутой Вселенной. Внес значительный вклад в кинетическую теорию газов (средняя длина пробега, давление на стенку сосуда, понятие о сфере действия молекул).

Из кинетической теории газов.

Связь: давления газа со столкновениями молекул со стенками; внутренней энергии газа с температурой; давления с температурой.

Уравнение состояния идеального газа. PV = RT.

Понятие грамм – молекулы (моль) вещества[8]. Число Авогадро: 6,02 10²³

Томсон (Кельвин) Уильям (1824 – 1907) – английский физик, один из основоположников термодинамики. Закончил Кембриджский университет в 1845 г. В 1851 сформулировал (независимо от Клаузиуса Р.) второй принцип термодинамики: «в природе невозможен процесс, единственным результатом которого была бы механическая работа, совершенная за счет охлаждения теплового резервуара». Применяя открытый им закон ко всей Вселенной, пришел в 1852 г. к выводу о тепловой смерти Вселенной. Ввел в 1848 г. понятие абсолютной температуры и абсолютную шкалу температур. В 1892 г. получил титул лорда Кельвина.

Введено:

Физические величины, определяющие состояние однородной системы в термодинамике: P, V, T и уравнение, связывающее эти физические величины – уравнение состояния идеального газа - PV = RT. ΔQ – изменение тепла.

Выражение для работы: ΔA = PdV.

Нулевой принцип термодинамики – условие термодинамического равновесия. Две системы (однородные) находятся в состоянии термодинамического равновесия, если: Т₁ = Т₂; Р₁ = Р₂.

Первый принцип термодинамики: ΔQ = dU + ΔA.

Второй принцип термодинамики: тепло само по себе (т.е. без совершения какой-либо работы) переходит только от тела, более нагретого к телу более холодному. Понятие энтропии – физической величины, изменение которой в термодинамических процессах определяется неравенством dS ≥ 0, т.е. в неравновесных процессах, которые реально идут в природе, энтропия возрастает. Появляется идея (Клаузиус, Кельвин) о тепловой смерти Вселенной. С введением энтропии второй принцип термодинамики для обратимых процессов записывается TdS = dU + ΔA., обязательным условием, что теплота и работа не являются функциями состояния системы, а зависят от условий, в которых изменяется теплота и совершается работа.

Очень существенно, что термодинамическое описание никак не связано с микроскопическим описанием вещества, т.е. не зависит от его молекулярно-атомной модели.

Дата добавления: 2015-08-09