//////

Miesięczne archiwum: Wrzesień 2009

OGROMNA LICZBA CZĄSTECZEK

Rzeczywisty układ składa się z ogromnej liczby cząstek rozmaitych rodzajów, które znajdują się w indywidualnym i zbiorowym ruchu i zajmują pewien obszar przestrzeni przez pewien czas. Dlatego też opis najbardziej: prawdopodobnego stanu takiego układu jest oczywiście dużo trudniejszym zadaniem. Jed­nakże idee, do których możemy się odwołać, aby rozwiązać ten problem, są proste i jasne.Przede wszystkim wprowadzamy proste po­jęcie, które uwalnia nas od obowiązku uwzględ­niania czasu w opisie. Wyobraźmy sobie, że nasz rzeczywisty układ trwa w stanie nieza­kłóconym w fizycznym kontakcie z otoczeniem przez długi okres, dzięki czemu jego właści­wości stają się niezależne od upływu czasu — podobnie jak kawałek mięsa włożony do za- mrażalnika po ochłodzeniu jest utrzymywany w stałej temperaturze. Mówimy wtedy, że układ jest w stanie równowagi termodynamicz­nej z otoczeniem. Jeśli ograniczymy naszą uwagę do układów w stanie równowagi, zna­cznie uprościmy nasze zadanie.

OPIS LICZBY I RODZAJU

Następnie opisujemy liczbę i rodzaj cząstek należących do układu oraz objętość, jaką on zajmuje. To załatwia sprawę identyfikacji ukła­du i jego miejsca w przestrzeni. Teraz powin­niśmy wyliczyć i określić wszystkie stany dy­namiczne, które mogą być stanami tego układu. Oznacza to wyszczególnienie każdej możliwej wartości pędu cząstki lub odpowiadającej jej fali (jest to w rzeczywistości łatwiejsze do wy­konania niż się wydaje). Ponieważ przypusz­czamy, że rozumiemy fizykę tego układu, mię­dzy pędem i energią zachodzi znana nam rela­cja i są określone wszystkie możliwe stany energetyczne układu. Możemy wyobrazić sobie te stany jako odpowiednią liczbę pudełek, w które wkładamy cząstki lub kwanty. Maże­my więc teraz zastanowić się, na ile sposobów uda się nam to uczynić i ewentualnie wyśle­dzić rozkład najbardziej prawdopodobny, ten o  największym stopniu nieuporządkowania.

DOKŁADNA ODPOWIEDŹ

Aby jednak dać dokładną odpowiedź, potrze­bujemy opisać coś więcej. Musimy określić dwie wielkości. Jedną jest całkowity pęd ukła­du. W układzie stacjonarnym tyle samo cząstek i kwantów będzie miało jednakowe pod wzglę­dem wartości pędy skierowane w jedną stronę, co i w stronę przeciwną. W tych warunkach’ całkowity pęd będzie zerowy. Rozważanie po­ruszających się układów powinno doprowadzić nas do tajemnych rejonów termodynamiki re­latywistycznej, zatrzymajmy się więc przy w łych, prostych, codziennych sprawach. Drugą; wielkością, którą powinniśmy określić, jest całkowita energia układu. Tą wielkością jest suma energii kinetycznej i energii ruchu drgającego wszystkich składników układu.