Природа макроскопического закона

Возможно, что сущность сформулированной выше проблемы лежит в природе макроскопического мира, в котором мы живем. В повседневной жизни мы наблюдаем только два, типа движения, один из которых имеет волновую, а другой — корпускулярную природу. Так, если бросить бейсбольный мяч, то он оказывается частицей, и его движение может быть описано законами движения Ньютона, если же уронить в пруд камень, то мы увидим форму движения, которая может быть описана волновым уравнением. Нигде в нашей жизни мы не видим движения, которое было бы результатом наложения этих двух форм, но это совсем не означает, что его не существует. И все же нам очень трудно понять нечто такое, что не укладывается в рамки наших жизненных представлений. Однако необходимо фактам смотреть в лицо из этой дилеммы должен возникнуть наш новый подход к проблемам химии и физики. [c.38]

Природа макроскопического закона 242 [c.4]

ПРИРОДА МАКРОСКОПИЧЕСКОГО ЗАКОНА [c.242]

Правило фаз Гиббса — один из самых всеобщих законов природы, описывающих состояние макроскопических систем, находящихся в равновесии. Оно всегда подтверждается опытом и никаких отклонений от этого правила не наблюдается, если только выполняется требование равновесности системы и если к отдельным частям системы применимо понятие фазы. [c.199]

Это означает, что даже для мало нагруженных поверхностей местное давление может оказаться достаточно большим, чтобы вызывать пластическую деформацию стали. Тщательное изучение этого вопроса путем измерения электропроводности расположенных под углом стальных или медных цилиндров не оставляет сомнения, что пластическая деформация происходит в местах точечного контакта и что действительная площадь контакта между плоскими поверхностями пропорциональна нормальной нагрузке, тогда как при упругой деформации эта площадь должна была бы изменяться пропорционально нормальной нагрузке в степени /з. Это дает непосредственное объяснение старому закону Амонтона (1699 г.), который установил, что тангенциальная сила трения прямо пропорциональна нормальной нагрузке. Загадочная природа этого закона только недавно подверглась обсуждению в книге Адама [13]. Этим объясняется другое хорошо известное утверждение Амонтона, что трение не зависит от макроскопической площади поверхности. [c.250]

Таким образом, утверждение, по которому несамопроизвольные (отрицательные) процессы не могут быть единственным результатом совокупности процессов, оказывается нестрогим, а отрицательные процессы в макроскопических системах оказываются не невозможными, а крайне мало вероятными событиями. Второй закон термодинамики является, следовательно, не абсолютным законом природы подобно первому закону, а статистическим законом, который соблюдается с высокой степенью точности для значительных количеств молекул и тем менее применим, чем меньше размеры системы, являющейся объектом изучения. [c.105]

Можно рассматривать энтропию как меру молекулярного беспорядка. Действительно, единственному микроскопическому состоянию (Q = 1) будет соответствовать полная упорядоченность и пулевая энтропия, т. е. известны положение, скорость, энергия каждой частицы, и все эти микроскопические характеристики будут оставаться постоянными во времени. Расчет для данного макроскопического состояния требует применения статистической механики к выбранной модели атомов или молекул. Следовательно, здесь соотношение Больцмана рассматривается чисто качественно для выяснения природы энтропии. Можно сформулировать второй закон термодинамики следуюш им образом изолированная система стремится достигнуть наиболее вероятного состояния, т. е. макроскопического состояния, соответствующего наибольшему числу микроскопических состояний. [c.191]

Все же теория Бора была важным этапом в развитии представлений о строении атома как и гипотеза Планка—Эйнштейна о световых квантах (фотонах), она показала, что нельзя автоматически распространять законы природы, справедливые для больших тел — объектов макромира, на ничтожно малые объекты микромира — атомы, электроны, фотоны. Поэтому и возникла задача разработки новой физической теории, пригодной для непротиворечивого описания свойств и поведения объектов микромира. При этом в случае макроскопических тел выводы этой теории должны совпадать с выводами классической механики и электродинамики (так называемый принцип соответствия, выдвинутый Бором). [c.45]

Основные законы термодинамики являются общими для всех макроскопических систем независимо от природы образующих их частиц и характера взаимодействия между ними. Поэтому термодинамическому описанию химических систем и процессов (химической термодинамике) должно предшествовать изложение общих принципов термодинамики и связанных с ними основных термодинамических понятий и соотношений. [c.204]

Метод статистической физики опирается на учение о молекулярной природе тел и рассматривает свойства вещества, состоящего из большого количества частиц (так называемые макроскопические свойства), исходя из законов движения и свойств отдельных частиц и их распределения в соответствии с теорией вероятности. [c.6]

Отсюда вытекает важное утверждение, что направление естественных процессов в замкнутых системах есть направление возрастания вероятности состояния системы. Понятие термодинамической вероятности и термина число способов реализации состояния требует разъяснений. Этот вопрос в сущности касается проблемы соотношения между непрерывностью и дискретностью в законах природы. Действительно, например, координаты любой частицы, входящей в состав системы, можно изменять непрерывно то же относится и к импульсу, и, следовательно, к энергии частицы. Но тогда число энергетических состояний частицы будет бесконечно большим и данное состояние системы, характеризуемое макроскопическими параметрами (давлением, температурой, объемом), можно будет реализовать бесконечно большим числом способов. [c.300]

Итак, существуют три мира явлений. Мир одних, провозглашенный в физике Ньютоном в 1687 г., качественно неизменен. Мир других, провозглашенный в термодинамике Клаузиусом в 1850 г., деструктивен. И, наконец, мир третьих, провозглашенный в биологии Дарвиным в 1859 г. и в естествознании Пригожиным в 1980 г., созидателен и склонен к эволюционному саморазвитию. Три мира - три научных мировоззрения - три языка, на которых человечество одновременно ведет диалог с природой. Явления первой и второй групп, как уже отмечалось, подчиняются принципиально разным законам природы (детерминистическим и статистическим соответственно), совокупности которых образуют их научные фундаменты. Представления, выработанные для описания явлений одной группы, не могут быть использованы для описания другой. Так, термодинамические функции состояния (температура, энтропия, свободная энергия и др.) теряют смысл для объектов и явлений, изучаемых классической физикой и квантовой механикой. В то же время такие физические понятия, как координаты, импульсы и траектории движения микрочастиц, волновая функция, уравнение Шредингера и др., неприемлемы для равновесной термодинамики. Явления третьей, промежуточной, группы не потребовали для своего описания раскрытия новых фундаментальных законов природы. Новизна рождающихся в результате статистико-детерминистических процессов структурных образований не в особых, ранее неизвестных свойствах микроскопических элементов, а в макроскопических организациях этих элементов с упорядоченной системой связей. Качественные изменения, происходящие при спонтанном переходе системы от хаоса к порядку, возникают благодаря кооперативному эффекту, проявляющемуся в процессе реализации возможностей микроскопических [c.23]

Книга посвящена макроскопической кинетике химических реакций -законам протекания их в реальных условиях, в природе и в технике в сочетании с физическими процессами переноса вещества и тепла. В доступной для широкого круга читателей форме изложены основы термодинамической теорий процессов переноса и гидродинамической теории диффузии в многокомпонентных смесях. Рассматриваемые в книге вопросы имеют фундаментальное значение для теории процессов и аппаратов химического машиностроения, физики и химии горения и взрыва, физико-химической гидродинамики, теории периодических химических реакций и химической кибернетики. [c.494]

Считалось, что движение микрочастиц можно описывать посредством законов классической механики, которые великолепно оправдали себя при исследовании движения макроскопических тел. Некоторым подтверждением такой возможности послужило создание молекулярно-кинетической теории теплоты. Согласно этой теории, частицы вещества (атомы, молекулы, узлы кристаллической решетки) совершают хаотические движения, подчиняясь законам классической механики (которые дополнялись, однако, теорией вероятности, учитывающей хаотичность). В отличие от вещества, состоящего из атомов, свет представляли в виде специфической материи, непрерывно распределенной в некоторой области пространства. Опыты по дифракции света выявили его волновые свойства, а электромагнитная теория Максвелла вскрыла единство природы света, радиоволн и рентгеновских лучей. [c.6]

Среди количественных законов природы имеются такие, которые дают математически точную и сравнительно простую функциональную связь между теми или иными величинами вне зависимости от того, прилагаем ли мы эти законы к одному объекту или к большому собранию их. К числу подобных математических зависимостей относится, например, закон Ньютона для сил тяготения, равно характеризующий как гравитационное притяжение одного атома к другому, так и притяжение друг к другу громадных скоплений атомов — солнца и земли. Простой функциональной зависимостью определяется и связь кинетической -энергии как макроскопического тела, так и отдельного атома с его массой и скоростью. С помощью функциональных законов мы можем, зная численные значения одних величин, вычислять значения других. Так, например, зная массу и скорость тела, мы можем точно определить его кинетическую энергию. [c.157]

Подобные наблюдения позволяют сделать следующее заключение в существующих на Земле условиях во всех естественных макроскопических явлениях по меньшей мере часть энергии упорядоченного движения рассеивается в виде энергии теплового (хаотического) движения. Этот важнейший закон природы известен как второе начало термодинамики. Причина данного явления заключается в том, что при движении материальных тел относительно друг друга их частицы взаимодействуют между собой таким образом, что энергия их хаотического движения увеличивается. [c.84]

Такие явления, когда в сложных процессах на каких-то этапах совершаются изменения, идущие в направлениях, казалось бы противоположных общим законам природы, мы встречаем не только в холодильных машинах или в механических процессах, но и в других случаях. Например, в живых организмах происходит построение энергетически богатых соединений из менее богатых. Синтез энергетически более богатых веществ происходит также и вне живого организма. Возникновение энергетически богатых соединений осуществляется за счет уменьшения энергии других соединений, необходимая же для синтеза дополнительная химическая энергия может черпаться и из другого энергетического источника. Мы видим, что, несмотря на однозначность основных законов природы, явления, а также искусственно осуществляемые человеком процессы отличаются большим многообразием. Для понимания этих явлений, кроме знания общих законов природы, необходимо подробно изучить механизмы различных энергетических превращений, причем одного только термодинамического подхода явно недостаточно — требуется проникновение в микромир этих явлений. Ведь термодинамика имеет дело только с макроскопически измеряемым энергетическим балансом результирующего процесса, состоящего из многих отдельных промежуточных процессов. [c.107]

Важнейшим этапом в истории химии было четкое определение понятия молекулы, как наименьшего количества соединения, еще обладающего его основными свойствами. Это позволило химикам объяснять макроскопические явления на уровне элементарных химиче-ских актов. Макроскопические явления доступны прямому наблюдению. Таким образом, на определенном уровне развития химии макроскопические явления, связываемые с химическими превращениями, получили научное обоснование. Химические процессы, связанные с формированием нашей планеты, сопровождающие явления природы, осуществляемые в лабораториях и на заводах, протекают в соответствии с законами химии. Благодаря этому человек может использовать эти процессы, а часто и управлять ими для собственного блага, для создания лучшей жизни на Земле. [c.517]

Взаимодействие между ма1 роскопическими телами. Силы притяжения, аналогичные ван-дер-ваальсовым силам между молекулами, возникают и при сближении макроскопических тел. Общая теория взаимодействия макроскопических тел была развита Лифшицем [148]. В ее основе лежит представление, что взаимодействие обусловлено флуктуациями электромагнитного поля внутри тела и за его границами. Подобные флуктуации всегда существуют и имеют как тепловое, так и квантовомеханическое про-исхождепие. Взаимодействующие тела рассматриваются как сплошные среды. Законность такого подхода связана с тем, что расстояние между поверхностями тел предполагается хотя и малым, но значительно ббльшим межатомных расстояний в телах. Единственной макроскопической характеристикой тел, определяющей силы взаимодействия между ними, является мнимая часть их диэлектрической проницаемости е (со). Развитая теория применима к любым телам, вне зависимости от их молекулярной природы. Поскольку она исходит из точных уравнений электромагнитного поля, в ней автоматически учитываются эффекты запаздывания. [c.74]

В середине XIX в. Р. Майер и независимо от него Джоуль рассмотрели более интересный случай — взаимные переходы теплоты в работу —и пришли к закону сохранения энергии в форме уравнения (1,4). Это было наиболее существенным шагом в понимании закона сохранения энергии, так как раньше рассматривались только однотипные или близкие по природе составляющие. Рассмотрение теплоты наряду с макроскопически упорядоченными формами изменения энергии — обобщенной работой — является основной идеей термодинамики. [c.9]

Это противоречие явилось источником парадокса обратимости, выдвинутого первоначально в 1876 году Лошмидтом в связи с работой Больцмана. Больцману удалось получить кинетическое описание, которое согласовывалось с наблюдаемыми необра-тимыми явлениями в природе, но противоречило основным законам механики. Парадокс равным образом вытекает из обоих фактов утверждаюш ей необратимость макроскопических состояний М-шеоремы Больцмана (которая вскоре будет обсуждаться) и наблюдаемых необратимых явлений в природе. Парадокс заключается в следуюш ем каким образом обратимые законы микроскопической механики (законы Ньютона, уравнение Лиувилля) могут приводить к наблюдаемым (релаксация к равновесию) либо формулируемым (с -теорема Больцмана) необратимыми макроскопическим законам [c.172]

По мере возрастания числа подобных микроскопических изменений модель явления становится отчетливее и появляется все большая возможность описания и предсказания макроскопических процессов. Мы говорим, что эти микроизменения являются статистическими по природе. Изучение и объяснение таких явлений представляет собой один из краеугольных камней физической науки и фактически объясняет причины, по которым действует второй закон термодинамики ведь только в связи с указанными процессами можно говорить [c.258]

Строгая физическая теория взаимодействия частиц ( конденсированных фаз ) Е. М. Лифшица основана на законах макроскопической электродинамики и предположении о том, что частица является источником электромагнитного поля флуктуациопной природы. Индивидуальные свойства взаимодействующих частиц и разделяющей нх прослойки среды характеризуются диэлектрической нронииаеыостью, которая в высокочастотных полях, излучаемых часгицами, является функцией частоты. [c.140]

Растворы сходны как с механическими смесями частиц, так и с индивидуальными химическими соединениями. От первых они отличаются тем, что любой макроскопический объем раствора обладает таким же химическим составом и физическими свойствами, как и вся его масса. От химических соединений растворы отличаются тем, что их состав может изменяться в зависимости от количеств взятых компонентов и они не подчиняются закону кратных отношений. Так, состав водного раствора хлорида натрия может произвольно меняться в пределах, допустимых его растворимостью. В 100 г воды при 293 К можно растворить любое количество Na I в пределах от О до 36,8 г, что соответствует предельной растворимости соли при данной температуре. Растворы отличаются от химических соединений также и природой связи. Если для химических соединений характерны в основном ионная и ковалентная связи, то для растворов характерны более слабые ван-дер-ваальсовы, а в некоторых случаях и водородные связи. [c.79]

Втпрпй метод—статистическая механика, опирающаяся на учение о молекулярной природе тел7 Рассмотрение тел как больших коллективов частиц, подчиняющихся законам механики, позволяет обосновать понятия и законы термодинамики и значительно расширить область описываемых явлений. Статистическая механика позволяет связать макроскопические свойства тел с микроскопическими свойствами молекул. [c.9]

Статистичшшй. мегпод осно на учении о молеку-лярной природе тел. позволяющем связать, макроскопические свойства тел с микроскопическими свойствами молекул. Представление о телах как больших коллективах частиц, подчиняющихся законам механики, позволяет объяснить ряд важных и характерных свойств тел (в учении о трех агрегатных состояниях вещества, при рассмотрении вопросов химической кинетики, химического равновесия и др.), обосновать понятия и законы термодинамики и значительно расширить область их применения. [c.6]

В. И. Ленин пророчески указывал, что свойства электрона так же неисчерпаемы, как и свойства атомов. Развитие физики и химии показало, что при изучении природы химической связи нельзя рассматривать электрон просто как материальную точку, несущую электрический заряд. Действительно, результаты последующих физических исследований показали весьма сложную природу электрона, которая не может быть описана простыми законами механики и электричества. Особенность поведения всех микрочастиц, в том числе и электронов, которая отличает их от поведения больших (макроскопических) тел, состоит в том, что они ведут себя одновременно и как материальная частица, и как некоторая своеобразная волна. [c.154]

Энергия — основная физическая величина. Математический аппарат большинства разделов теоретической физики, включая термодинамику, основан на различных формах закона сохранения энергии. Однако важнейшая особенность макроскопических систем, которые рассматриваются в термодинамике, состоит в том, что энергию макроскопической системы невозможно непосредственно измерить. Различные физические методы позволяют только определять изменения энергии отдельных частиц системы — атомов, молекул, ионов. Однако не существует никаких методов непосредственного измерения энергии системы как целого. Изменение энергии макроскопической системы определяют в виде теплоты или работы. Первоначально они рассматривались независимо. Поэтому для макроскопической системы сам факт существования внутренней энергии макроскопической системы как некоторой физической величины удалось установить только в середине XIX в., причем для этого потребовалось открыть ранее неизвестный закон природы — первое начало термодинамики. Впоследствии возникла необходимость использовать и другие неизмеряемые величины — энтропию, химический потенциал и т. п. Широкое применение в математическом аппарате термодинамики непосредственно не измеряемых величин является особенностью термодинамики как науки и сильно затрудняет ее изучение. Однако каждая неизмеряе-мая величина в термодинамике точно определена в виде функций измеряемых величин и все окончательные выводы термодинамики можно проверить на опыте. При этом для описания свойств системы используют специальные термодинамические переменные (или термодинамические параметры). Это физические величины, с помощью которых описывают явления, связанные с взаимными превращениями теплоты и работы. Все это макроскопические величины, выражающие свойства больших групп молекул. Не все эти величины можно непосредственно измерить. [c.6]

Действительно, задача формулируется следующим образом определить наблюдаемые на опыте свойства макроскопической системы при некоторых заданных макроскопических параметрах (допустим, это температура Т, число частиц Л/, объем системы V). То, что мы знаем о состоянии системы, — лишь небольшое число макроскопических параметров. Предположим, что механические ха-)зктеристики частиц и законы взаимодействия между частицами нам известны. -1о мы никогда не располагаем сведениями о точном механическом состоянии системы в какой-то момент времени (не известны начальные условия механической задачи). Следовательно, механическую задачу не удается сформулировать таким образом, чтобы результатом было однозначное решение. Если же в число заданных параметров входят немеханические величины (например, температура), то чисто механическое рассмотрение вообще исключается. В то же время точное механическое описание оказалось бы, пожалуй, излишне подробным. Мы знаем из опыта, что равновесное состояние макроскопической системы может быть задано с помощью небольшого числа параметров (для к-компонентной гомогенной системы достаточно задать к -]- 2 параметра, чтобы определить ее состояние и массу), причем равновесные значения параметров совершенно не зависят от того, каким было начальное состояние системы.. Системы одинаковой природы при заданных условиях (например, при заданных Т, V, Ы) обнаруживают совершенно одинаковые равновесные макроскопические свойства, хотя их исходные механические состояния могут быть весьма различными. [c.7]

Существующие между молекулами и атомами слабые силы притяжения (индукционные и дисперсиопные) имеют электромагнитную природу и называются ван-дер-ваальсовскими. При взаимодействии макроскопических тел через вакуум или какую-либо среду, а также в тонких пленках происходит суммирование индивидуальных сил по определенному закону, вследствие чего радиус действия ван-дер-ваальсовских сил значительно возрастает (приблизительно на 2—3 порядка). В результате энергия молекулярного взаимодействия в пленках обнаруживается уже при толщинах порядка 1000 А. В углеводородных пленках в водной среде энергия ван-дер-ваальсовского взаимодействия приводит к возникновению отрицательного расклинивающего давления и понижению натяжения. [c.43]

Причина относительности и ограниченности научных знаний, однако, не только, да и не столько, в том, что "нельзя объять необъятное". К мысли о невозможности научного предвидения эволюции природы и общества подвело развитие самой науки, причем такой строгой, как физика. Выше было отмечено, что научное познание, являясь нелинейным неравновесным процессом, именно "по самой своей идее" оказывается неспособным стремиться к предсказываемому "бесконечному прогрессу". Ограниченность знаний есть не относительное, а органическое, имманентное свойство науки, проявляющееся всякий раз по отношению к вновь возникающим явлениям, совершающимся не по причинно-следственному, а по случайно-поисковому механизму. "И на макроскопическом, и на микроскопическом уровнях, - считают И. Пригожин и И. Стенгерс, - естественные науки отказались от такой концепции объективной реальности, из которой следовала необходимость отказа от новизны и многообразия во имя вечных и неизменных универсальных законов. Естественные науки избавились от слепой веры в рациональное как нечто замкнутое и отказались от идеала достижимости окончательного знания, казавшегося почти Достигнутым. Ньше естественные науки открыты для всего неожиданного, которое больше не рассматривается как результат несовершенства знания или недостаточного контроля" [22. С. 378-379]. [c.41]

Чтобы лучше понять сущность химического равновесия п причины, по которым химическая система стремится к состоянию равновесия, рассмотрим некоторые физические процессы и законы, управляющие этими процессами. Представление о направленности процессов в природе формируется у человека даже без специального обучения, оно возникает как интуитивное, на основании повседневного опыта. Человек с детства знает, что тяжелые предметы падают вниз. Позже он узнаёт, что макроскопические тела падают вниз потому, что притягиваются к Земл2. [c.37]

Термодинамические законы одинаково справедливы как для макроскопических, так и для микроскопических объектов материального мира. Макроскопические объекты обычно исследуются с помощью метода первых принципов, т. е. принципов классической (макроскопической) термодинамики, в то время как микроскопические — с помощью метода модельных гипотез (методов статистической физики). Термодинамический метод опирается исключительно на опыт, поэтому его результаты отличаются достоверностью, они не зависят от наших представлений о внутреннем (микроскопическом) механизме изучаемых явлений. Сущность метода модельных гипотез состоит в том, что выдвигается предположение о существовании некоего внутреннего механизма и на этой базе устанавливаются основные черты рассматриваемого явления, т. е. связь между физическими законами микро- и макромира. Если ранее (вплоть до середины XX столетия) оба метода существовали независимо один от другого, то теперь они органически сливаются между собой, взаимно дополняя и обогащая друг друга. Поэтому совместное изложение классической и статистической термодинамик лучше всего отвечает общему уровню развитии физики и химии. Именно этот тезис является основой стратегической канвы изложения материала книги. Однако этот симбиоз потребовал некоторого усложнении математического аппарата, хотя автор старался по возможности весь материал формализовать в наиболее простой и доступной для понимаши форме, оправдывая слова Канта В любом частном учении о природе можно найти науки в собственном смысле столько, сколько в ней математики . [c.7]

Основным предметом изучения в книге служат кинетические уравнения как часть более общей дисциплины — неравновесной статистической механики. В связи с этим показано, как ББКГИ-цепочка ведет к кинетическим уравнениям и как из последних следуют законы сохранения. Меньшая часть материала посвящена необратимости макроскопических систем и приближению к равновесию. Другая часть касается концепции напряжений и природы привносимых сюда вкладов кинетического и потенциального характера. Выясняется также различие между абсолютными и относительными гидродинамическими переменными. Включено обсуждение неадекватности конечных систем уравнений полному описанию явлений, происходящих в газе. Это отражается в ББКГИ-цепочке, любая подсистема уравнений которой содержит больше неизвестных, чем уравнений. На данном уровне описания этот недостаток преодолеть нельзя, и он вновь возникает в уравнениях гидродинамики. Именно в связи с этой ситуацией и вводятся коэффициенты переноса. Обсуждается также роль уравнений Чепмена — Колмогорова в теории кинетических уравнений, описывающих марковские процессы. [c.10]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология