Глава I. ОСНОВНЫЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ И СВОЙСТВА ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ
§ 1 О ДВУХ МЕТОДАХ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ
В настоящее время в науке сложилось два подхода к объяснению и изучению тех или иных явлений, связанных с изменением свойств тел: макроскопический и молекулярно-кинетический. Первый метод основан на изучении свойств макроскопических тел без учета особенностей их внутреннего строения. Этот метод также называется термодинамическим или феноменологическим. Важную роль в нем играют закон сохранения энергии (первый закон термодинамики) и данные непосредственных наблюдений и экспериментов над достаточно большими (макроскопическими) телами. Хорошим примером в этом отношении служит макроскопическая теория упругости твердых тел. В ней из опытного закона Гука и закона сохранения энергии получают многочисленные следствия, важные для ряда технических приложений.
Исторически термодинамика возникла в первой половине XIX в. из задач исследования взаимосвязи теплоты и работы. К концу XIX в. содержание этого раздела науки расширяется, при этом основным становится изучение свойств паров, жидкостей и твердых тел.
Конечная цель молекулярно-кинетического, или, как его часто называют, микрофизического, метода заключается в более глубоком изучении свойств веществ на основе введения представлений об их внутреннем строении. Идея о том, что вещество состоит из молекул, позволяет в общих чертах объяснить различие между тремя состояниями вещества — газообразным, жидким и твердым.
В молекулярно-кинетической теории макроскопические свойства тел (давление, температура, упругость, вязкость, теплопроводность и т. д.) рассматривают как проявление суммарного действия молекул. При этом в теории пользуются статистическим методом, который позволяет определить не поведение отдельных молекул, а только средние величины, характеризующие движение и взаимодействие огромной совокупности частиц. Именно поэтому молекулярно-кинетическая теория имеет и другое название — статистическая физика,
Статистическая физика как научное направление имеет длительную историю развития, но современная ее структура сложилась в начале XX в. главным образом благодаря работам Дж. Максвелла, Л. Больцмана и Д. Гиббса.
Оба метода изучения физических явлений — макроскопический и микрофизический — дополняют друг друга. Нельзя, например, излагать вопросы молекулярной физики, не обращаясь к понятиям термодинамики. В то же время нельзя понять природу тех или иных явлений, описываемых в термодинамике, без использования молекулярных представлений.
Объединение методов статистической физики и термодинамики позволяет вести широкий фронт исследований как строения вещества, так и процессов, протекающих в газах, жидкостях и твердых телах. В физике твердого тела наиболее действенными оказались статистические методы, позволившие создать последовательную теорию структуры кристаллов, их тепловых, электрических и оптических свойств. Практические результаты термодинамических методов оказались особенно ощутимыми в теплотехнике, газодинамике и ракетной технике. В последнее время наметились пути развития термодинамики космических процессов.
