История и методология физики

термодинамики. Первое начало термодинамики представляет собой закон 
сохранения и превращения энергии. Оно выполняет своего рода роль бухгалтера, 
который следит за строгим соблюдением баланса энергии при ее превращениях. 
Однако при этом остается неопределенным направление протекания процессов. Роль 
директора, указывающего вид и направление процессов, происходящих при 
превращениях энергии, играет второе начало термодинамики. В 1906г. немецкий 
физик Вальтер Нернст (1864—1941) сформулировал теорему о том, что энтропия 
химически однородного твердого или жидкого тела при абсолютном нуле 
температуры равна нулю. Эту теорему называют третьим началом термодинамики. 
Термодинамика изучает макроскопические системы, т.е. материальные объекты, 
состоящие из большого числа частиц. При этом она не рассматривает 
микроскопическое строение макросистем. Принимается, что совокупность 
независимых параметров, описывающих макроскопическую систему, определяет ее 
состояние. Величины, которые не зависят от предыстории системы, т.е. от пути, по 
которому система пришла в данное состояние, называются функциями состояния. 
Согласно первому началу функцией состояния является внутренняя энергия системы, 
а по второму началу - энтропия - функция состояния. Вместе с тем, двум основным 
понятиям - работе и теплоте, в общем, не соответствуют функции состояния. Понятие 
работы пришло из механики с тем же смыслом. Работа зависит от формы пути, по 
которому система переходит из начального состояния в конечное. Понятие 
«количество теплоты» перешло из учения о теплороде. Эта величина также не 
является функцией состояния, поскольку количество тепла, передаваемого телу, или 
отбираемого от него, зависит от способа подвода или отвода. Например, при 
нагревании одной и той же массы тела на 1° при постоянном давлении или 
постоянном объеме необходимо подводить разное количество калорий. Иногда 
используется термин «тепловая энергия», который ни в коем случае не имеет смысла 
количества тепла, полученного телом при теплообмене. При правильном понимании - 
это внутренняя энергия тела. 
Термодинамика использует феноменологические методы исследования, 
основными из которых являются метод циклов и метод термодинамических 
потенциалов. Среди различных циклов в термодинамике большую роль играет цикл 
Карно, состоящий из двух изотерм и двух адиабат. С помощью цикла Карно были 
установлены общие термодинамические законы и получен ряд конкретных результа-
тов. В частности, кпд цикла Карно является максимальным по сравнению со всеми 
другими циклами в тех же температурных пределах. 
Метод термодинамических потенциалов (или метод характеристических 
функций) развил Гиббс. За исходное в этом методе принимается основное уравнение 
термодинамики:

---

TdS = 
dU + ΣA
i
da
i
 
С помощью этого уравнения для простых и сложных систем и систем с 
переменным числом частиц в разных условиях вводятся соответствующие функции 
состояния, которые называются термодинамическими потенциалами.

---

Лекция 14