1.6
Praca
Praca zdefiniowana jest jako ilość energii dostarczanej przez
siłę działającą na pewnej drodze i matematycznie jest zapisana
jako:
r
r
W
=
∫
F
⋅
d
s
(1.1)
c
F
c
Całka liniowa definiuje
pracę wykonaną w
kierunku działania siły
ds
Reinhard Kulessa
1
1.7
Termodynamika mikroskopowa i makroskopowa
Rozważanymi do tej pory układami termodynamicznymi
były były obiekty makroskopowe ( gaz w butli, blok lodu
i.t.p.). W rozważaniu ich własności zaniedbuje się strukturę
molekularną i atomową tych ciał. Ciała takie opisuje
termodynamika klasyczna.
From http://emploees.oneonta.edu/kotzjc/powerpoint
Jeśli wgłębimy się w strukturę cząsteczkową i atomową tych
ciał mówimy o
termodynamice mikroskopowej.
Termodynamika
ta dostarcza dodatkowych narzędzi i metod rozszerzających
termodynamikę klasyczną.
Reinhard Kulessa
2
Termodynamika mikroskopowa do
analizy zdarzeń może posługiwać się
mechaniką klasyczną. Mówimy
wtedy o
teorii kinetycznej
. Prawa
mechaniki w analizie tej
przyjmujemy jako
aksjomaty
..
Przechodząc do wymiarów
atomowych prawa mechaniki
musimy uzupełnić o
mechanikę
kwantową.
3
Reinhard Kulessa
Dla zderzenia uran-uran cząstki biorące udział w reakcji jeszcze
możemy policzyć.
Zwykle w analizie mikroskopowej liczba
cząstek, która musimy uwzględnić przekracza 10
20
cm
-3
. Nie da się
niestety uwzględnić indywidualnie każdą cząsteczkę.
Musimy więc
stosować metody statystyczne.
Jeśli więc sprzężemy metody fizyki statystycznej z ograniczeniami
wynikającymi z
mechaniki kwantowej
, będziemy mieli do czynienia
z
termodynamiką statystyczna
.
Termodynamika mikroskopowa zajmuje się dwoma sprawami:
1. Wyliczeniem rozkładu energii na poziomie molekuł i atomów,
aby móc z tego uzyskać makroskopowe własności energetyczne
.
2. Pokazanie w jaki sposób znajomość rozkładu energii na
poziomie mikroskopowym można zastosować do opisu zjawisk
transportu (energii, pędu, masy).
Reinhard Kulessa
4
Zobaczmy na przykładzie podstawową różnicę pomiędzy opisem
makroskopowym a mikroskopowym.
W litrze gazu w normalnych warunkach znajduje się ok. 2x10
23
cząstek poruszających się w sposób przypadkowy we wszystkich
kierunkach, uderzających m.in. w siebie i w ścianki naczynia.
Jeśli przyjmiemy, że cząstki te
zderzają się jak elastyczne kulki,
możemy do opisu ich ruchu zastosować mechanikę klasyczną.
Powinniśmy więc dla każdej i-tej kulki napisać równanie ruchu w
oparciu o II zasadę
mechaniki Newtona
.
∑
=
N
r
d
r
F
=
(
m
v
ij
dt
i
i
)
j
1
Rozwiązanie tego układu równań dla wszystkich cząstek jest
oczywiście niemożliwe. Zamiast tego musimy opierać się na
metodach statystycznych opisujących zachowanie molekuł.
Reinhard Kulessa
5