Структура и основные положения теоретической физики
13
где В - коэффициент пропорциональности, который зависит от массы газа М и его молекулярной массы //.
Учет же реальных свойств газов заставляет усложнить уравнение за счет добавления все новых членов, описывающих отличия реальных свойств газов от идеальных.
Впоследствии, начиная с 30-х годов 20-го в., была создана термодинамика неравновесных процессов, в которой состояние определяется через плотность, давление, температуру, энтропию и другие локальные термодинамические параметры, рассматриваемые как функции координат и времени. Для них записываются уравнения переноса массы, энергии и импульса, описывающие эволюцию состояния системы с течением времени, уравнения диффузии и теплопроводности, уравнения Навье-Стокса. Таким образом, усложнение задач привело к необходимости учета большего числа сторон в каждом явлении, что заставило использовать большее число параметров и уравнений. При этом в термодинамике все эти уравнения выражают всего лишь локальные, т. е. справедливые для бесконечно малого элемента объема законы сохранения указанных величин.
Все содержание термодинамики является, в основном, следствием закона сохранения энергии и закона повышения энтропии, из которого следует необратимость макроскопических процессов. Последнее обстоятельство привело к многочисленным сомнениям, поскольку из закона повышения энтропии с необходимостью вытекает так называемая «Тепловая смерть» Вселенной, в которой все процессы остановятся из-за всеобщего теплового равновесия.
Статистическая физика или статистическая механика - фактически продолжение развития механики сплошных сред и термодинамики. Статистическая физика оперирует статистическими функциями распределения частиц - молекул газа по координатам и импульсам. Здесь уже вводятся вероятностные функции, в частности, плотности вероятности распределения, а также функции распределения, удовлетворяющие уравнениям движения Л иу вил ля. При этом уже учитывается энергия взаимодействия частиц системы между собой, т. е. система - это не просто сумма частиц, ее составляющих, а более сложное образование, комплекс, в котором появилось новое качество -взаимодействие составляющих тел, не свойственное каждому телу в отдельности. Впервые уравнение, описывающее эволюцию функции распределения для газа, было получено Больцманом в 1872 г., и оно
14
Глава 1.
получило название кинетического уравнения. В 1874-1878 гг. Гиббс вычислил функцию распределения, и это позволило находить все термодинамические потенциалы систем частиц, что в свою очередь и дало начало статистической термодинамике.
Таким образом, основы статистической физики были заложены еще в 19 в.
Приложение теории механики сплошных сред к явлениям электромагнетизма позволило Максвеллу создать электродинамику. Нужно сказать, что работам Максвелла предшествовали работы различных ученых, в частности, работы Ампера, создавшего электродинамику как учение о статическом взаимодействии токов в пространстве. Сам термин «электродинамика» был введен Ампером еще в 1826 г. Под этим термином предполагалось учение о силах, воздействующих на неподвижные в пространстве проводники с постоянным током. В своих работах Максвелл также рассматривает силы, создаваемые электрическим и магнитным полями, причем электрическая напряженность рассматривается как сила, воздействующая на единичный электрический заряд, а магнитная напряженность - как сила, воздействующая на единичную магнитную массу.
В основе уравнений Максвелла электромагнитного поля лежат положения Гельмгольца о законах вихревого движения идеальной жидкости. Теория электромагнетизма, разработанная Максвеллом и в законченном виде изложенная им в «Трактате об электричестве и магнетизме» (1873), обобщающая результаты работ Гельмгольца (1847-1848), В.Томсона (1842-1861), Фарадея (1852-1856), Верде (1856-1853), Ампера (1850-1852), а также многих других исследователей, - прямое следствие механики несжимаемой и невязкой жидкости, каковой, по мнению Максвелла, является эфир.
Состояние электромагнитного поля в теории Максвелла характеризуется напряженностью электрического поля Е и магнитной напряженностью Н. Состояние среды характеризуется диэлектрической проницаемостью уменьшающей (по сравнению с вакуумом) электрическую силу в среде; магнитной проницаемостью //, уменьшающую магнитную силу в среде, а также удельной проводимостью <7, характеризующей тепловые потери в среде.
Электродинамика Максвелла имеет чисто механическое происхождение, все ее положения строго выведены из соотношений
