Термодинамический способ описания макроскопических систем

В общем смысле термодинамика изучает поведение и свойства макроскопических тел, называемых в термодинамике системами. Этот факт позволяет применить к изучению термодинамических систем два подхода.

Первый - в котором исследовательабстрагируется от дискретной сущности вещества и конкретных путей перехода, все основные законы (начала) поведения макросистем устанавливаются экспериментально (феноменологически). Такая концепция сплошной среды, в которой отказываются от излишней детализации явлений (а именно от строгого описания поведения всех частиц, составляющих макросистему), открывает реальный путь для практических вычислений. Связано это с тем, что здесь требуется значительно меньшее число исходных феноменологических констант, давая в то же время ответы на весьма важные для технолога вопросы, например:

1. При каких условиях - температуре, давлении, начальных количествах исходных веществ требуемый материал устойчиво существует; другим словами, термодинамика подсказывает, при каких условиях следует получать (синтезировать) требуемое вещество.

2. Какая часть исходных веществ превратится в требуемый материал; обычно говорят, каков будет термодинамический выход процесса получения требуемого материала.

3. Будет ли устойчив какой-либо материал (вещество) при эксплуатации в требуемых условиях: температуре, давлении, химическом составе окружающей среды; т.е., можно ли его использовать как стойкий конструкционный материал.

4. Если материал не совсем устойчив к физико-химическому воздействию окружающей среды, то какие продукты и в какой пропорции будут получаться в результате такого воздействия.

Второе, более полное описание макроскопических систем (если подходить с позиций формальной математики), дает знание свойств и законов (в том числе квантовых) поведения микрочастиц, их составляющих. Этими вопросами занимается наука, называемая статистической термодинамикой или, в более широком понимании, статистической физикой. Используя методы теории вероятности и математической статистики, можно проникнуть в физическую сущность установленных феноменологически законов и оценить границы их применимости. С помощью методов статистической термодинамики принципиально возможно теоретически рассчитать (например, из спектроскопических наблюдений молекул) термохимические свойства веществ, что в феноменологической термодинамике делается прямым экспериментом. Однако следует признать, что сегодня (в конце XX века) эти свойства проще и гораздо точнее определять непосредственными измерениями.