ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.07.2024
Просмотров: 98
Скачиваний: 0
ИЗДАТЕЛЬСТВО
ХАРЬКОВСКОГО
УНИВЕРСИТЕТА
THERMODYNAMICS
|
|
Л |
|
BY |
|
ENRICO |
|
|
FERMI |
|
|
|
|
! |
Professor |
j |
|
of |
Physics |
і |
the |
University |
j |
of Rome |
і |
|
|
Italy |
/ |
NEW YORK
PRENTICE-HALL, INC 1937
ТЕРМОДИНАМИКА
ЭНРИКО
ФЕРМИ
Издание
второе,
стереотипное
ИЗДАТЕЛЬСТВО ХАРЬКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 1973
530.1
Ф43
УДК 536.7
4*
// - У
Гос. публ-ичіі. .. |
j |
научно-тахн!; |
-п 5 |
библиотека С |
| |
ЧИТАЛЬНОГО С/.Л Л
«Термодинамика» Энрико Ферми—одного из величайших физиков современности — представля ет собой исключительно интересно построенный и глубоко оригинальный курс этой науки.
Отличающаяся высокими методическими до стоинствами книга хорошо передает творческую индивидуальность Ферми — теоретика, экспери ментатора, лектора. Она несомненно привлечет внимание не только специалистов, но и широкого круга лиц, интересующихся физикой.
Перевод с английского
Б. А. Вайсмана
Ответственный редактор доктор физико-математических наук
профессор М. И. Каганов
ф. 0332—005 [24—73
М226(04)—73'
Издательство Харьковского университета, 1973.
Эта |
книга написана |
на основе |
цикла |
лекций, |
прочитанных в Колумбийском уни |
||
верситете Нью-Йорка в |
летний |
семестр |
|
1936 года. |
|
|
|
Хотя она представляет |
собой элементар |
ный трактат, всецело посвященный чистой термодинамике, тем не менее предполага ется, что читатель знаком с основными
данными по |
термометрии и калориметрии. |
В отдельных |
местах книги приведены крат |
кие ссылки на статистическое толкование термодинамики.
При написании этой книги автор исполь зовал записи своих лекций, сделанные док тором Ллойд Мотцем из Колумбийского университета, который, кроме того, про смотрел рукопись в окончательном виде.
Выношу |
ему благодарность за любезное |
и ценное |
сотрудничество. |
|
Э. ФЕРМИ |
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
Один из крупнейших современных физиков Энрнко Ферми из вестен не только выдающимися результатами своих работ. Он был прекрасным педагогом, лекции и книги которого воспитали не одно поколение физиков. Книги Ферми отличает мудрая простота,
за которой |
ощущается |
глубокое проникновение в самую |
суть пред |
|||||||||
мета. Ферми всегда |
излагает |
самое главное, не |
«разменивается на |
|||||||||
мелочи». При этом |
он |
не ограничивается общими |
утверждениями. |
|||||||||
Сформулированные |
законы применяются к конкретным вопросам, |
|||||||||||
разбирая которые, автор |
на наглядных, взятых из жизни, |
а не на |
||||||||||
думанных |
примерах |
учит |
доводить решение |
до |
самого |
конца, |
||||||
«до числа». |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Перечисленными здесь качествами обладает и «Термодинамика» — |
||||||||||||
одна |
из |
первых |
книг |
Ферми, |
впервые |
издаваемая |
в |
русском |
||||
переводе. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Хотя Ферми — один |
из создателей квантовой статистики (статис |
|||||||||||
тики |
Ферми — Дирака), |
его «Термодинамика», вопреки принятой те |
||||||||||
перь |
манере, почти |
не |
|
затрагивает |
вопрос |
статистической |
физики, |
тем более квантовой статистики. «Термодинамика» Ферми — пре дельно сжатое изложение классической термодинамики, ее трех основных законов и их применений. Глубину понимания Ферми «выдает» кристальная ясность изложения, а также умение подо брать для примеров такие явления и свойства, которые интересны современному, читателю (Формула Саха, термоэлектронная эмис сия и т. п.).
Следует еще раз подчеркнуть краткость изложения. Большое число вопросов, обычно включаемых в учебники, попросту опуще ны. Не изложены теория фазовых переходов II рода, теория флук туации и т. п. Поэтому «Термодинамику» Ферми по существу сле дует считать введением в термодинамику. Однако разъяснение ос новных законов термодинамики ведется столь совершенно, что книга, несомненно, явится весьма полезным пособием для всех изучаю щих термодинамику — эту одну из важнейших областей физики.
«Термодинамика» Ферми переведена на русский язык по пред ложению и по желанию профессора Харьковского университета Вениамина Леонтьевича Германа, который несомненно был бы редактором этого издания, если бы его жизнь не оборвалась так трагически неожиданно.
М. И. КАГАНОВ
ВВЕДЕНИЕ
Главное содержание термодинамики — это описание превра щения теплоты в механическую работу и, обратно, превращения механической работы в теплоту.
Только в сравнительно недавнее время физики обнаружили, что теплота является одной из форм энергии, которая может быть превращена в другие ее формы. Прежде ученые считали, что теплота является особым видом жидкости, общее количество которой остается неизменным. Нагревание тел и аналогичные процессы они объясняли переходом этой жидкости из одного тела
вдругое. На основании теории тепловой жидкости Карно сумел
в1824 году достигнуть сравнительно ясного понимания тех огра
ничений, которые всегда имеются при преобразовании |
теплоты |
в работу, т. е. по существу того, что теперь называется |
вторым |
законом термодинамики (см. главу I I I ) . |
|
В 1842 году, т. е. лишь 18 лет спустя, Майер открыл |
эквива |
лентность теплоты и механической работы и первый сформулиро вал принцип сохранения энергии (первый закон термодинамики).
Теперь мы знаем, что истинное обоснование эквивалентности теплоты и динамической энергии следует искать в кинетическом толковании, которое сводит все термические явления к беспоря дочному движению атомов и молекул. С этой точки зрения изуче ние теплоты можно рассматривать как специальную отрасль меха ники: механики такого огромного числа частиц (атомов или моле кул), что детальное изучение их состояния и движения теряет смысл. Поэтому следует описывать лишь средние свойства огром ного числа частиц. Эта отрасль механики,называемая с т а т и с т и - ч е с к о й м е х а н и к о й , была развита главным образом рабо тами Максвелла, Больцмана и Гиббса и привела к вполне удовле творительному пониманию основных термодинамических законов.
Однако в чистой термодинамике подход к явлениям совсем иной. Здесь основные законы предлагаются как постулаты, осно ванные на экспериментальных доказательствах, и выводы из них делаются без рассмотрения кинетического механизма явлений. Этот способ имеет то преимущество, что он в значительной степе ни не зависит от упрощений, которые часто допускаются в стати стической механике. Таким образом, термодинамические резуль таты очень точны. Но иногда бывает довольно трудно получить результаты без детального рассмотрения действительного пове-
дения, поэтому во многих случаях удобно дополнить термодина мические результаты, по крайней мере, грубой кинетической интерпретацией.
Первый и второй законы термодинамики имеют свое статисти ческое обоснование в классической механике. В последние годы Нернст добавил третий закон, который может быть объяснен ста тистически только в терминах квантовой механики. В восьмой главе этой книги мы коснемся выводов из этого закона.
Г Л А В А I
Т Е Р М О Д И Н А М И Ч Е С К И Е С И С Т Е М Ы
1. СОСТОЯНИЕ СИСТЕМ И ПРЕВРАЩЕНИЯ В НИХ
В механике состояние системы в данный момент времени пол ностью определяется, если известны положение и скорость каждой из ее точечных масс. Для системы, состоящей из N точечных масс, необходимо знать 6N переменных.
В термодинамике вводится другое и более простое понятие со стояния системы. Действительно, использовать динамическое опреде
ление состояния |
неудобно, так как все |
системы, с которыми имеют |
||||
дело в термодинамике, содержат очень много точечных |
масс (ато |
|||||
мов или молекул), поэтому |
практически |
невозможно |
определить |
|||
бЛ^ |
переменных. |
Кроме того, |
в этом |
нет |
необходимости, потому |
|
что |
величины, с |
которыми приходится иметь дело в термодинамике, |
описывают средние свойства |
системы, следовательно, |
точное зна |
|||
ние движения каждой точечной массы было бы излишним. |
|||||
Для того |
чтобы объяснить |
термодинамическое |
понятие состоя |
||
ния системы, рассмотрим сначала простые примеры. |
|
||||
Система, |
состоящая из |
химически однородной |
жидкости. |
||
В такой системе можно измерять температуру /, объем V и давление р. |
|||||
Температура может быть измерена термометром, |
соприкасающимся |
||||
с системой в течение времени, достаточного |
для наступления теп |
||||
лового равновесия. Как известно, температура, |
определенная каким- |
либо специальным термометром (например, ртутным), зависит от индивидуальных свойств использованного в нем вещества. В данном случае условимся проводить все измерения температуры однотипными термометрами, чтобы результаты можно было сравнивать.
Геометрия нашей системы, очевидно, характеризуется не только объемом, но и формой. Однако большинство термодинамических свойств в значительной мере не зависит от формы, поэтому обычно объем является единственной заданной геометрической величиной. Только в тех случаях, когда отношение поверхности к объему очень велико (например, мелкозернистые вещества), следует также рас сматривать и поверхность.