Динамические и статистические законы
Статистическая вероятность
Достоверные и невозможные события можно рассматривать как частные случаислучайных событий:
Вероятность достоверна= 1
Вероятностьневозможна = 0
Классическая вероятность
Этой вероятностью называется отношение числа элементарных событий к общемучислу равнозначных событий.
Например рассмотрим куб. У него 6 граней. 6 — это число равнозначныхсобытий. Появление определенной грани — это элементарное событие (в данномслучае 1). Следовательно:
P = 5
Приведем пример статистического закона, который описываетфизические явления, наблюдаемые в физических средах, состоящих из большогочисла частиц:
Закон распределения Максвелла
Этот закон устанавливает зависимость вероятности в распределениискорости движения молекул газа от скорости движения молекул, причем с вероятнойскоростью движется большинство молекул.
Распределение Гаусса
Или еще функция Гаусса — это закономерность, подчиняющаясярезультатам измерений.
∑∆x
Sx = ¾среднеквадратичнаяошибка.
n
X2
S = ∫f (x)dx ¾вероятность того, что полученный X1 результатлежит в пределах от X1до X2.
3.1. Вероятностный характер микропроцессов
Вероятностные процессы также наблюдаются в поведении отдельно взятыхмикрочастицах:
Y — волноваяфункция. (де Бройля).
Необходимость вероятностного подхода к описанию микрочастиц —важная отличительная особенность квантовой теории. Можно ли волны де Бройляистолковывать как волны вероятности,
Чтобы устранить эти трудности, немецкий физик М. Борн (1882—1970) в 1926 г. предположил, что по волновому закону меняется не самавероятность, а амплитуда вероятности, названнаяволновой функцией.Описание состояния микрообъекта с помощью волновой функции имеетстатистический, вероятностный характер:
квадрат модуля волновой функции (квадратмодуля амплитуды волн де Бройля) определяет вероятность нахождения частицы вданный момент времени в определенном, ограниченном объеме.
dP
/Y/ = ¾вероятность обнаружения
dV частицы в даннойточке пространства.
3.2. Законы статистической физики
Раздел физики, изучающий закономерности процессов, наблюдающихсяв макроскопических телах (физические системы, состоящие из большого числавзаимодействующих частиц).
Статистическая механика
К концу XIX в. была создана последовательнаятеория поведения больших общностей атомов и молекул — молекулярно-кинетическаятеория, или статистическаямеханика. Многочисленными опытами была доказана справедливость этой теории.
Процессы, изучаемые молекулярной физикой, являются
результатом совокупного действия огромного числа молекул.
Поведение громадного числа молекул анализируется с помощью
статистического метода, который основан на том, что свойствамакроскопической системы в конечном результате определяются свойствами частицсистем, особенностями их движения и усредненными значениями кинетических идинамических характеристик этих частиц (скорости, энергии, давления
После создания молекулярной физики термодинамика не утратиласвоего значения. Она помогает понять многие явления и с успехом применяется прирасчетах многих важных механических устройств. Общие законы термодинамикисправедливы для всех веществ, независимо от их внутреннего строения.
Однако при расчете различных процессов с помощью термодинамикимногие физические параметры, например теплоемкости тел, необходимо определятьэкспериментально. Статистические же методы позволяют на основеданных о строении вещества определить эти параметры. Но количественная теориятвердого и особенно жидкого состояния вещества очень сложна. Поэтому в рядеслучаев простые расчеты, основанные на законах термодинамики, оказываютсянезаменимы.
В настоящее время в науке итехнике широко используются как термодинамические, так и статистические методыописания свойств микросистемы.
Термодинамика
1. Первое начало термодинамики.
Количество теплоты ∆Q, сообщенное телу, идет на увеличение его внутренней энергии∆U и на совершение телом работы ∆A,
∆Q = ∆U + ∆A
Всякая представленная самойсебе система стремится перейти в состояние термодинамического равновесия, в которомтела покоятся друг относительно друга, обладая одинаковыми температурами идавлением. Достигнув этого состояния, система сама по себе из него не выходит. Значит все термодинамические процессы, приближающиеся к тепловому равновесию, необратимы.
2. Второе начало термодинамики.
Сущность второго начала термодинамики составляет утверждение оневозможности получения работы за счет энергии тел, находящихся втермодинамическом равновесии.