Микросистемы

Границы применимости второго закона. Статистический характер второго закона термодинамики приводит к заключению, что увеличение энтропии в самопроизвольных процессах указывает на наиболее вероятные пути развития процессов в изолированной системе. Невозможность процесса следует понимать лишь как его малую вероятность по сравнению с обратным. Поэтому второй закон термодинамики в отличие от первого нужно рассматривать как закон вероятности. Он тем точнее соблюдается, чем больше размеры системы. Для систем, состоящ,их из громадного числа частиц, наиболее вероятное направление процесса практически является абсолютно неизбежным, а процессы, самопроизвольно выводящие систему из состояния равновесия, практически невозможны. Так, самопроизвольное изменение плотности 1 см воздуха в атмосфере с отклонением на 1% от ее нормальной величины может происходить лишь один раз за 3-10 лет. Однако для малых количеств вещества флуктуации плотности отнюдь не невероятны, а наоборот, вполне закономерны. Для объема воздуха 1 10" см повторяемость однопроцентных флуктуаций плотности составляет всего 10" с. Таким образам, действие второго закона нельзя распространять на микросистемы. Но также неправомерно распространять второй закон на вселенную. Отсюда следует, что общая формулировка законов термодинамики, данная Клаузиусом, — энергия мира постоянна, энтропия мира стремится к максимуму — во второй ее части неправильна. Неправильно и вытекающее из нее заключение о возмол<-ности тепловой смерти вселенной , так как второй закон термодинамики применим лишь к изолированной системе ограниченных масштабов. Вселенная же существует неограниченно во времени и пространстве. [c.103]

Таким образом, квантование энергии микросистемы непосредственно вытекает из решения волнового уравнения. [c.14]

При развитии модели строения атома водорода Бору необходимо было преодолеть прежде всего внутренние противоречия, которые имели место в планетарной модели атома. По представлениям классической электродинамики вращающийся электрон должен непрерывно излучать энергию в виде электромагнитных волн. Отсюда следует, что электрон должен упасть на ядро, а также при непрерывном излучении спектр водорода должен быть сплошным, т. е. содержать линии, отвечающие всевозможным длинам волн. Однако, как известно, атом водорода устойчив и спектр его имеет дискретную структуру (рис. 3.5). Отсюда можно было заключить, что механические и электрические свойства макроскопических тел не могут служить моделью для такой микросистемы, как атом водорода (а также вообще микросистем). Бор вынужден был искать новую модель, которая не противоречила бы известным фактам. [c.53]

При рассмотрении примера вращения частицы до сих пор использовались законы классической механики, которые имеют приближенный характер. В случае достаточно больших тел (макрообъектов) эти законы настолько хорошо описывают движение, что никакими доступными человеку измерениями невозможно обнаружить их неточность. Поэтому законы классической механики считались абсолютно верными вплоть до начала нашего века, пока не были открыты атомные явления, для которых эти законы оказались неприменимыми. Переход к системам атомного масштаба (микросистемам) потребовал создания новых более точных законов движения, которые составили основу квантовой механики. [c.6]

Классическая кинетика изучает химические превращения на микроуровне, и соответственно рассматриваемые системы являются микросистемами. Все, что было сказано ранее о расчете химических превращений для различных моделей реакторов, относится к микросистемам. [c.107]

Первое начало термодинамики применимо не только к конечным, но и к сколь угодно малым и большим системам второе же начало ограничено как снизу , так и сверху . Подобно тому как нельзя применять принцип возрастания энтропии к микросистемам, так же нельзя и распространять его на процессы космического масштаба. [c.98]

Еще раз подчеркнем, что понятие волновой функции— центральное в квантовой механике, и не только потому, что она описывает распределение электронной плотности в пространстве, но и потому, что она содержит в себе всю возможную, допускающую опытную проверку информацию о состоянии микросистемы (атома, молекулы, иона и т. д.) и позволяет вычислить вероятности возможных результатов любых измерений. [c.36]

Если состояние микросистемы описывается волновой функцией 1 3п, являющейся одной из собственных функций оператора , то в этом состоянии физическая величина I имеет определенное значение п, которое мы и должны получить экспериментально. [c.49]

Сопоставление кривых анодной и катодной поляризации в виде коррозионной диаграммы позволяет сделать графический расчет каждого отдельного электрода короткозамкнутой (полностью заполяризованной) многоэлектродной системы с любым количеством электродов и всей системы в целом. Случай короткозамкнутого многоэлектродного элемента представляет наибольший практический интерес, так как большая часть коррозионных систем (почти все микросистемы и значительная часть макросистем) является короткозамкнутыми или близкими к этому состоянию. [c.282]

Из рис. -2 следует, что объем реактора идеального смешения при одинаковой степени превращения для макросистемы больше, чем для микросистемы в случае реакций, порядок кото- [c.107]

В имитационных моделях, предназначенных для углубленного исследования и интерпретации данных наблюдений в экспериментах с экологическими микросистемами, используются уравнения кинетики сложных гетерогенных систем. Блок-схема связей элементов в экологической системе приведена на рис. У1-3 [59]. Имитационные модели не только учитывают разнообразные компоненты системы и потребление кислорода на отдельных стадиях, но и используют закон сохранения количества вещества, в данном случае накопление азота в биомассе и выделение его при метаболизме или в результате гибели микроорганизмов [c.159]

Не выясняя математический смысл волнового уравнения, отметим, что его приемлемые решения возможны только при вполне определенных дискретных значениях энергии электрона. Различным функциям 1 ь "Фг, 3,. которые являются решением волнового уравнения, каждой соответствует свое значение энергии 1, 2, 3,. .., Еп-Таким образом, квантование энергии микросистемы непосредственно вытекает из решения волнового уравнения. [c.11]

В конце XIX и в начале XX столетия были сделаны важные экспериментальные открытия, которые в значительной мере определили пути развития современной химии и физики. Одно из этих открытий состояло в том, что энергия в атомных масштабах не может меняться непрерывно. Энергия микросистемы принимает только определенные значения, которые являются кратными некоторых неделимых далее частиц энергии, называемых квантами. Наивысшим пунктом развития идей квантования в период до создания волновой механики явилась теория Н. Бора (1913), который впервые применил указанные принципы к проблеме строения простейшего атома — атома водорода. Прежде основное внимание уделялось исследованию излучения, а не строения вещества. [c.161]

В ней было показано, что . ) урав-. нение Шредингера справедливо не только для атома, но й для молекулы 2) химическая связь имеет электрическую. природу, поскольку в уравнении Шредингера в качестве потенциальной энергии рассматривалась только энергия электростатического взаимодействия ядер и электронов 3) электронная плотность в области между ядрами в молекуле На выше, чем простое наложение электронной плотности атомов 4) химическая связь обусловливается парой электронов, ставшей общей для двух ядер, в результате тождественности и неразличимости электронов 5) простая связь между атомами водорода осуществляется при условии, если их орбитальная собственная функция симметрична относительно координат обоих электронов, т. е. связь образуется парой электронов с антипараллельными спинами. Антипараллельность спинов является не причиной образования химической связи за счет магнитных взаимодействий, а выражением условий квантовомеханической микросистемы, в которой действуют электрические силы 6) отсутствие связи между атомами водорода вследствие понижения электронной плотности между ядрами имеет место при параллельных спинах их электронов 7) энергия связи определяется обменной и кулоновской энергией, а также интегралом перекрывания. Основную роль при этом играет обменная энергия, возникновение которой есть следствие учета квантовомеханического принципа неразличимости электрона (их обмен местами не имеет физической [c.80]

Атом — электронейтральная микросистема, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. [c.32]

Из рис. -20 следует, что объем реактора идеального смешения при зтой же степени превращения для макросистемы больше, чем для микросистемы в случае реакций, порядок которых меньше единицы, и меньше для реакций, порядок которых больше единицы. Другими словами, с повышением сегрегации эффективность реактора идеального смешения для реакций, порядок которых больше единицы, увеличивается, а для реакций, порядок которых меньше единицы, снижается. Если функция отклика для данного реактора близка к функции отклика модели идеального вытеснения, степень сегрегации не оказывает влияния на степень превращения. [c.320]

Подводя итоги изложенному приходим к следующему важнейшему выводу. Для расчета химического реактора необходимо знать 1) кинетику реакции, 2) функцию отклика системы, или кривую распределения времени пребывания 3) свойства системы — наличие макро- или микросистемы и 4) иметь сведения о смешении на ранней или поздней стадии. [c.318]

Этот принцип сохраняется и в микромире Только теперь уже нужно говорить не о потенциальной, а о полной энергии, налример, электрона в атоме Последнее связано с тем, что квантовая частица согласно принципу неопределенности ни при каких условиях не может находиться в состоянии покоя Поэтому она всегда обладает как потенциальной, так и кинетической энергией (если частица даже локализована в пространстве) Всякая микросистема (атом, молекула), если она обладала избыточным запасом энергии, самопроизвольно переходит в состояние с наименьшим запасом энергии, те в основное состояние Если никакого воздействия извне не было, то избыток энергии выделяется в виде электромагнитного излучения [c.32]

Наиболее общей моделью, отражающей наиболее общее представление о молекуле как микросистеме, состоящей из ядер атомов и электронов, является брутто-формула вещества Для полной характеристики этой модели (предполагается, что система электронейтральна) достаточно указать лишь число и природу (массовые числа) атомных ядер, составляющих эту молекулярную систему При этом автоматически определяется и число электронов Если к представлению, заложенному в брутто-форму-ле, добавить предположение о том, что заряженные частицы, составляющие систему, взаимодействуют между собой лишь по закону Кулона, и учесть, что их движения подчиняются квантовым законам, то можно записать адекватное этому представлению уравнение Шредингера весьма общего вида, которое и приводится во всех руководствах по квантовой химии и теории молекулярных спектров [c.87]

Для всех микрокриогенных устройств характерно то, что малая тепловая нагрузка и малые габариты приводят к резкому увеличению удельного веса потерь холода. В микросистемах потери холода обычно превышают полезную тепловую нагрузку. Это обстоятельство существенно затрудняет расчет микрокриогенных систем, поскольку точное определение всех потерь невозможно. [c.89]

Реология — раздел механики, изучающий деформации и текучесть вещества, связь между внешними воздействиями на микросистемы и их ответным из-менением (деформацией) во времени. [c.263]

Рассмотрим уравнение Шредингера для некоторой микросистемы, энергетический спектр 1 оторой дно, кретен [c.68]

Закон сохранения энергии является всеобщим законом природы он применим как к микросистемам, так и к макросистемам. Все попытки ученых, стоящих на позициях идеализма, опровергнуть закон сохранения энергии оканчивались крахом. Последняя такая попытка была предпринята в 1936 г. Шенкледом на основании опытов по исследованию Комптон-эффекта, которые, как показали дальнейшие исследования, оказались ошибочными. Абсолютное значение внутренней энергии не может быть определено. В связи с этим при рас-счетах всегда оперируют ее изменением — II1 = А11, где О1 и Уг — значения внутренней энергии в начальном и конечном состояниях системы соответственно А — конечное изменение свойства системы (здесь конечное изменение внутренней энергии). Бесконечно малое изменение внутренней энергии будем обозначать через (11/. Так как внутренняя энергия является функцией состояния, то йИ будет и полным дифференциалом. Величина А.11 (И1) считается положительной, если внутренняя энергия системы при протекании в ней процесса возрастает, и отрицательной, если убывает. [c.186]

Уравнение (1,5) называется уравнением Шрёдингера для стационарных состояний. При его решении одновременно определяются волновые функции и допустимые значения Е полной энергии микросистемы. [c.13]

В квантовой механике постулативно принимается, что состояние микросистемы (электрона, атома, молекулы) должно описываться волновым уравнением Шредингера [c.221]

Говоря о строении какой-то системы, обычно имеют в виду некоторую относительно устойчивую пространственную ее конфигура-цию, т. е. взаимное расположение образующих ее частиц, обусловленное существующими между ними связями вследствие присущих этим частицам сил взаимодействия . Однако даже в химических микросистемах говорить о жесткой пространственной структуре не приходится. Уже в атомах мы сталкиваемся с делокализацией электронов, В простых молекулах наряду с делокализацией электронов, приводящей к образованию химических связей, имеет место и делокализация атомных ядер в результате колебаний, в сложных молекулах к этому добавляется взаимное вращение одних частей молекулы относительно других, приводящее к образованию множества конформаций. Последнее особенно явно представлено в молекулах полимеров, с чем связаны многие их фундаментальные свойства. Чем сложнее система (чем больше число образующих ее частиц), тем больше многообразие возможных состояний, в которых она может находиться при нозбужденин, т. е. при получении энергии. Наиболее упорядоченную структуру система имеет в основном состоянии, т. е. в состоянии с минимально возможной энергией. Чем выше энергия возбуждения, представляющая собой энергию относительного движения составляющих систему частиц, тем больше относительные перемещения этих частиц (если движение можно рассматривать классически) или их делокализация (если. движение имеет квантовый характер). Возбужденные молекулы подвержены разного рода колебаниям и внутренним вращениям одних фрагментов относительно других, а при достаточно высоких энергиях химические связи разрываются, и система приобретает качественно иной структурный облик. Роль вышеуказанных структуроопределяющих факторов неизмеримо возрастает для макроскопических систем. [c.122]

Электромагнитное излучение радиоволнового диапазона генерируется и излучается макроскопическими объектами, которыми являются, например, высокочастотные передатчики и антенны. Такое излучение обычно когерентно. Излучаемые двумя независимыми источниками радиоволны могут беспрепятственно интерферировать. Излучение в оптической (инфракрасной, видимой, ультрафиолетовой) и рентгеновской областях спектра вызывается изменением энергетического состояния микросистем в атомной области. Такое излучение состоит из очень большого набора волн, характеризующихся малыми разностями частот. Эти электромагнитные волны не имеют определенных соотношений фаз, и поэтому они не когерентны. Явление интерференции для них может наблюдаться только в случае деления излучения на несколько потоков и закономерным взаимным сдвигом фаз в них. Эта кажущаяся противоположность обеих рассматриваемых областей была преодолена после изобретения оптического квантового генератора — лазера [Басов, Прохоров (1954), Шавлов, Таунс (1958), Мейман (1960)]. Осуществляющееся в лазере генерирование микросистемой когерентного излучения оптического диапазона своеобразно иллюстрирует единство спектров электромагнитного излучения. [c.172]

Но такой масштаб лишает нас возможности рассматривать ход развития науки более конкретно и с несравненно большим интересом. Исходя из тех же идей Пригожина, в послегалилеевском естествознании можно отчетливо различить такие три его блока, как 1) классическое естествознание от Ньютона до Менделеева, 2) некласснческое естествознание, стержнем которого следует считать квантовую механику и квантовую электродинамику и 3) естествознание сегодняшнего дня с синергетической основой. Последовательность появления этих блоков представляет собой иерархию трех уровней развития естествознания, происходящего как бы по спирали. Основным объектом исследования на первом уровне являются макротела и равновесные макросистемы, законы движения которых (механику Ньютона) естествоиспытатели распространяют и на микромир, т, е. на все формы коллективизации атомов, рассматриваемых в качестве неизменных элементарных частиц размером 10 —10 см. Главным же объектом естествознания второго уровня служат микросистемы, характеризующиеся [c.213]

Опытные значения энергии и длины связи в Нг соответственна равны 457,67 кДж/моль и 0,074 нм. Расхождение между расчетными и экспериментальными данными 10% можно считать небольшим, если принять во внимание приближенный характер волновых функций (1У.8) и (1У.9), составленных из неизменных волловых функций атомов. Поэтому приведенный энергетический баланс позволяет сделать вывод природа ковалентной связи заключается в электрическом взаимодействии, осуществляемом в условиях квантовомеханической микросистемы. [c.93]

Первый заключается в наблюдении поглощения электромагнитного излучения разной длины волны слоем вещества, размещенным между источником электромагнитных волн и анализирующим прибором Источник электромагнитных волн обычно берется таким, чтобы он давал непрерывный спектр, те в его излучении должны быть электромагнитные волны всевозможных дпин в достаточно широком интервале Такими источниками являются нагретые тела (лампы накаливания, нагретые до красного каления керамические стержни и др) Если поток такого излучения направить на слой вещества, то будет наблюдаться избирательное поглощение электромагнитных волн с частотами, соответствующими требованию второго постулата Бора Здесь уместно обратить внимание на следующее При взаимодействии атома или молекулы с электромагнитным полем они могут переходить в возбужденное состояние, отнимая энергию от поля Однако находиться в возбужденном состоянии микросистема долго не может и самопроизвольно будет возвращаться в основное состояние Время пребывания в возбужденном состоянии (время жизни в возбужденном состоянии или на уровне энергии) порядка 10 с При возвращении в основное состояние возникнет электромагнитное излучение Общая излученная энергия, взятая за достаточно большой промежуток времени, равна поглощенной В самом деле, как прн поглощении, так и при излучении энергия при одном акте равна Асо о к о [c.33]

В процессах приготовления резиновых смесей смешение кристаллических ингредиентов друг с другом происходит в высоковязкой среде каучука, и в этом случае возможность формирования эвтектических смесей будет зависеть от кинетических факторов, т.е. скорости диффузии, эффективности диспергирования компонентов в резиновой смеси и возможности образования центров , в которых находились бы кристаллические микрочастицы компонентов, формирующие эвтектическую систему [34]. В резиновых смесях такими центрами могут быть микрообласти, образованные в результате адсорбции ускорителей и серы на поверхности частиц оксида цинка [228, 233, 250]. Следовательно, эти микрообласти могут быть рассмотрены не только как центры топохимического взаимодействия ускорителей с серой и оксидом цинка [251], но и как микросистемы, в которых происходит первоначгшь-ное формирование эвтектической композиции, обуславливающее повышение функционгшьной актр1ВНОсти входящих в смесь компонентов. [c.49]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология