Принцип равномерного распределения энергии по степеням свободы

Принцип равномерного распределения энергии по степеням свободы сформулирован Максвеллом: если система находится в состоянии равновесия при температуре T, то энергия распределяется по степеням свободы равномерно и на каждую степень свободы приходится энергия (1/2)kT, где k = 1, 38·10^-23 Дж /К – постоянная Больцмана.

Работа

Работой называется макрофизический способ изменения внутренней энергии системы, сопровождающийся макроскопическим движением. Ср.: Теплообмен. Энергия, которую система получает (или отдает) при этом процессе, называется так же работой (A).

Равновесные распределения

Равновесные распределения – формулы, показывающие, как распределяются молекулы по энергиям и скоростям. См. Распределение Больцмана и Распределение Максвелла.

Равновесный процесс

Равновесным называется процесс, протекающий бесконечно медленно и представляющий собой последовательность равновесных состояний. Равновесный процесс протекает при наличии бесконечно малой разности потенциалов системы и среды. Равновесные процессы изучает раздел термодинамики – термостатика. Реальный процесс можно считать равновесным, если он протекает достаточно медленно.

Распределение Больцмана

Распределение Больцмана – равновесное распределение молекул в потенциальном поле: n = n₀exp(-Δ E/kT), где n₀ – концентрация молекул там, где потенциальная энергия принимается равной нулю; n – концентрация там, где потенциальная энергия равна Δ E; T – температура; k = 1, 38·10^-23 Дж/K – постоянная Больцмана. При T → ∞ n = n₀, т. е. концентрации рыравниваются с повышением температуры.

Распределение Максвелла

Распределение Максвелла – равновесное распределение молекул по скоростям: f(u) = (Δ n/nΔ u) = (4/√ π)u²e^-u2, где Δ n – число молекул, скорости которых лежат в интервале от u до (u + Δ u); n – общее число молекул; u = v/v_в – относительная скорость, т. е. отношение скорости молекулы v к наивероятнейшей скорости v_в. Отношение Δ n/n можно интерпретировать как априорную вероятность того, что у наугад взятой молекулы скорость окажется в интервале от u до (u + Δ u).

Свободный пробег

Свободный пробег есть расстояние, которое проходит молекула между двумя соударениями. В молекулярно-кинетической теории вводится понятие среднего свободного пробега.

Система и среда

Термодинамическая система – это часть Вселенной, выделенная для исследования. Средой может быть и газ в сосуде и скопление галактик. Среда – все остальное (то, что не вошло в систему).