Лекция №4
Термодинамический и статистический методы анализа систем и процессов
Вступление
На прошлой лекции изучался закон сохранения механической энергии. Он гласит:
· Кинетическая энергия Wкин – характеризует количество двигательной активности, присутствующей в системе
· Потенциальная энергия Wпот – характеризует способность системы приобретать двигательную активность
· Их сумма Wкин + Wпот = Wмех – полная механическая энергия системы
· Если в системе нет неконсервативных сил, её полная механическая энергия сохраняется.
Другими словами, если в замкнутой системе присутствуют неконсервативные силы, её энергия не сохраняется. Куда же она девается? Мы знаем, что при трении поверхностей друг о друга (действие неконсервативной силы трения) поверхности нагреваются. Значит, пропадающая из системы механическая энергия переходит в другую форму – в тепловую энергию. Закономерности взаимного превращения механической и тепловой энергии и являются темой сегодняшней лекции.
Макроскопические системы
Мы уже выяснили, что все материальные объекты состоят из атомов и молекул. Тепловая энергия – не что иное как кинетическая энергия их механического движения.
Макроскопические системы – состоят из большого числа частиц.
Объект исследования:
Идеальный газ – взаимодействием между его молекулами можно пренебречь.
Закон Авогадро: равные объёмы любых газов в одинаковых условиях содержат одинаковое число молекул.
1 Моль – такое количество молекул, что его масса в граммах равна массе его молекулы в у.е. Это число – число Авогадро: Na=6,022∙1023 моль-1
Молярная масса μ – масса одного моля: μ (H2)=2 г; μ (O2)=32 г; μ (N2)=28 г; μ (воздух)=29 г.
Количество вещества ν – число молей. 
.
Концентрация – число молекул в единице объёма: 
.
Закон Авогадро: при нормальных условиях (t =0°С; p =1 атм=1∙105Па) один моль любого газа занимает одинаковый объём Vm = 22,4 л.
Вычислим концентрацию молекул в воздухе:
Вычислим среднее расстояние между молекулами газа:
Из-за огромного количества частиц поведение макросистем нельзя описывать методами механики, поэтому используют другие методы:
Уравнение состояния. Нулевое начало термодинамики
Способы описания макроскопических систем
· Статистическая физика – использует микропараметры: масса молекул, их средняя скорость и т.п.
· Термодинамика – использует макропараметры, характеризующие систему в целом:
1. 
Объём V;
2. Давление p: p=F/S; [ p ]=1 Н/м2=1 Па;
3. Температура T. Объяснить необходимость введения абсолютной температуры (см. рисунок справа)
T(K)=T(°C)+273.
Связь абсолютной температуры и энергии движения молекул
Физический смысл: абсолютная температура – мера интенсивности хаотического движения молекул газа.
Средняя кинетическая энергия молекул газа: 
, где i – число степеней свободы молекулы. Для одноатомного газа: i =3; для двухатомного: i =5. Объяснить в связи с этим смысл абсолютного нуля (кинетическая энергия не может быть отрицательной) и процесса теплопередачи.
Нулевое начало термодинамики
