Главная > Введение в физику (А. И. Китайгородский)
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548
549
550
551
552
553
554
555
556
557
558
559
560
561
562
563
564
565
566
567
568
569
570
571
572
573
574
575
576
577
578
579
580
581
582
583
584
585
586
587
588
589
590
591
592
593
594
595
596
597
598
599
600
601
602
603
604
605
606
607
608
609
610
611
612
613
614
615
616
617
618
619
620
621
622
623
624
625
626
627
628
629
630
631
632
633
634
635
636
637
638
639
640
641
642
643
644
645
646
647
648
649
650
651
652
653
654
655
656
657
658
659
660
661
662
663
664
665
666
667
668
669
670
671
672
673
674
675
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

§ 76. Вероятность состояния

Рассмотрим ящик, разделенный перегородкой на две равные части. В перегородке сделано отверстие. Если в ящике находятся молекулы газа, то они способны переходить в результате случайных соударений со стенками сосуда и друг с другом из одной половины ящика в другую. Несмотря на то, что движение молекул в ящике совершенно беспорядочно, имеется метод, при помощи которого можно предсказывать, сколько молекул будет в левой, а сколько в правой половине. Этот метод основан на применении к веществу теории вероятностей.

Если бы в ящике была одна молекула, то с равными шансами, или, как говорят, с равной вероятностью, она могла бы быть в правой и левой части ящика. Так как всего возможных случаев два (молекула либо в левой, либо в правой части), а нас интересует осуществление одного из этих двух случаев, то говорят, что вероятность нахождения молекул в одной половине ящика равна Теперь допустим, что в ящике две молекулы, которые обозначены цифрами 1 и 2. Всего возможных случаев расположения теперь четыре: слева обе молекулы, справа обе молекулы; слева молекула № 1, а справа № 2 и, наконец, слева № 2, а справа № 1. Нас интересует вероятность нахождения двух молекул слева; это — один случай из четырех возможных, его вероятность равна т. е. Для трех молекул картина будет такая:

Ясно, что вероятность пребывания всех трех молекул слева равна Нетрудно сообразить, что для случая молекул вероятность нахождения всех их в одной части ящика будет равна Ведь прибавляя новую молекулу, мы всегда имеем возможность поместить ее либо слева, либо справа. Значит при прибавлении каждой новой молекулы вероятность нахождения молекул в одной половине сосуда падает вдвое.

Уже для какой-нибудь сотни молекул число настолько мало, что мы можем практически не считаться с возможностью того, что все молекулы соберутся в одной половине сосуда. Но молекул в кубическом сантиметре газа не сотни, а около 1020. Если мысленно разделить сосуд на две части, то вероятность того, что молекулы соберутся в одной половинке сосуда, равна Логарифмируя, можно это число записать в виде Чтобы проставить единицу у этой десятичной дроби, надо записать предварительно 3-1019 нулей! Если принять достаточно высокую скорость письма — три цифры в секунду, то на написание этого числа потребуется 1019 сек, т. е. более 300 миллиардов лет, что в десятки раз превышает время существования солнечной системы.

Еще раз обратимся к табличке размещений трех молекул. Только лишь при одном размещении из восьми все молекулы собираются слева. Любое другое размещение встречается тоже однократно. Но надо вспомнить, что молекулы перенумерованы условно. Нет способов отличить размещения, при котором слева находятся от того, при котором слева имеются или 1, 3. Следовательно, на одно размещение, при котором слева находятся три молекулы, приходятся три размещения, при которых имеются две молекулы, и столько же таких, при которых имеется слева одна молекула. Поэтому вероятность некоторого характерного распределения, независимо от того, какими номерами молекул оно создается, может быть измерена числом размещений, которыми может быть осуществлено распределение. Чем больше это число, тем чаще будет встречаться такое распределение, тем оно будет вероятнее.

Этот пример подводит нас к понятию вероятности состояния тела.

В каждое мгновение атомы, из которых построено тело, обладают определенными координатами и скоростями. Назовем эту мгновенную структуру микросостоянием.

Любое тело, находящееся в состоянии равновесия со средой, сохраняющее неизменимыми все свои свойства, тем не менее не находится в одном микросостоянии. Из-за теплового движения частиц тело непрерывно меняет свои микросостояния. Если речь идет о газе, то эти изменения достигаются поступательными движениями, колебаниями, вращениями молекул; в жидкости микросостояния сменяются благодаря колебаниям частиц и переходом из одного окружения в другое, в твердом теле — в основном из-за колебаний. В любом случар равновесие тела являемся динамическим.

Переходя из одного микросостояния в другое, тело будет неоднократно возвращаться к одним и тем же состояниям. Одни из

них осуществляются более часто, а другие более редко, как это ясно из рассмотренного примера.

Если в течение большого времени в каком-то микросостоянии тело жило время то есть вероятность микросостояния.

Вероятность микросостояния выражается простой формулой, найденной Гиббсом,

где энергия. Постоянная А учитывает число размещений, которыми может быть осуществлено микросостояние. При одинаковых А вероятность микросостояния определяется его энергией.

Формула Гиббса совпадает по виду с законом Больцмана. В каком же взаимоотношении находится содержание этих двух законов? Формула Больцмана рассматривает большое число молекул (тел) в одно мгновение и говорит нам о том, как распределены эти молекулы (тела) по энергиям. Формула Гиббса применяется к одному телу (молекуле), за которым мы «следим» долгое время, и дает нам сведения о распределении энергии этого тела во времени. Разумеется это совпадение не случайное, но мы не можем на этом останавливаться.

К основным законам природы относится, как уже говорилось, дискретность (квантовость) состояния тела.

Поэтому можно говорить о числе микросостояний, которыми реализуется данное микросостояние тела. Это число называют статистическим весом макроскопического состояния (другое название термодинамической вероятности).

Термодинамическая вероятность однозначно связана с термодинамическими функциями тела. Нетрудно сообразить, что статистический вес состояния растет с возрастанием температуры, увеличивается при плавлении и при испарении тела и т. д. Можно сказать, что термодинамическая вероятность состояния тем выше, чем больше свобода движения частиц, из которых оно построено.

Весьма наглядно можно представить себе связь наблюдаемых (микроскопических) величин с вероятностью микросостояний. Понятно, что наблюдаемые величины являются средними из значений, которые эта величина принимает для микросостояний. Если, например, в микросостоянии энергия равна то средняя (наблюдаемая) энергия

Разумеется, вероятности должны быть нормированы к единице

1
Оглавление
email@scask.ru