Вопросы для самоконтроля

1. Какие частицы относятся к микрочастицам?

2. Какая наука показывает, что некоторые микрообъекты дроблению не подлежат?

3. О чём свидетельствует неделимость минимального кванта действия?

4. Что является важнейшей особенностью микросостояния?

5. Что свидетельствует о целостности двухфотонного микросостояния?

6. Кто и когда выдвинул гипотезу о том, что электрон обладает внутренней характеристикой?

7. В каком году, Уленбек и Гаутсмит на опыте показали, что электрон обладает спином, т.е. вращательным моментом?

8. Какими двумя значениями спина обладает электрон?

9. Чему равно спиновое квантовое число?

10. Как определяется спин сложных частиц?

11. По какой формуле, определяется собственный магнитный момент электрона?

12. Что показали Штерн и Герлах, на опыте, в 1921 году?

13. Какие формулы позволяют определить минимальное значение энергии, импульса и момента импульса, передаваемого от одного объекта к другому?

14. Чему равно спиновое квантовое число фотона?

15. Какие величины характеризуют сам фотон?

16. Какие величины характеризуют состояние фотона?

17. Какие квантовые числа характеризуют внутреннее состояние микрообъекта?

18. Кто впервые получил формулы статистики распределения частиц, так называемых бозонов?

19. Что является критерием тождественности частиц?

20. Как называют микрочастицы, обладающие полностью симметричным состоянием?

21. Как называют микрочастицы, обладающие полностью антисимметичным состоянием?

22. Для каких частиц, справедлив принцип запрета Пауля?

23. Что является отражением свойств фермионов и бозонов на макроуровне?

…******…

Тема 14. Концепция макросостояния объектов природы

14.1.Тепловое равновесие как макросостояния

Любой макрообъект содержит огромное число атомов, совершающих беспорядочное тепловое движение. Макросистема под неконтролируемыми тепловыми внешними воздействиями, с течением времени самопроизвольно переходит в состояние теплового равновесия. В этом состоянии она может находиться сколько угодно долго, пока не изменятся внешние условия. Состояние теплового равновесия называют термодинамическим состоянием или макросостоянием.

Если газ, например, плазма, состоит из частиц разной массы, то переход к тепловому равновесию происходит в нескольких этапах. Сначала тепловое равновесие происходит между подвижными частицами – электронами, затем между ионами и затем в плазме устанавливается состояние полного теплового равновесия. При тепловом равновесии, все частицы обладают средней кинетической энергией, определяемой температурой внешнего окружения. Тепловое равновесие поддерживается извне неконтролируемым тепловым воздействием.

Свойства макросостояния не зависят от своей предыстории. Тепловое равновесие очень устойчиво: если его вывести из равновесия, а затем представить себе, то оно вернется в то же самое макросостояние. Однако характеристики макрообъектов из-за неконтролируемого воздействия со стороны окружения претерпевают флуктуации, т.е. величины, характеризующие макрообъект, незначительно отклоняются от среднего значения.

В качестве макрообъекта, может служить броуновская частица, с малой массой и размером. Броуновская частица, находящаяся в жидкости, испытывает неконтролируемые тепловые воздействия, и будет двигаться хаотично. Это объясняется неравномерностью воздействия на нее молекул жидкости. Кинетическая энергия макросистемы, т.е. броуновская частица, зависит только от температуры окружения, при этом она не зависит ни от своей массы, ни от размеров и ни от начальной скорости. Макросистема постепенно «забывает» свои начальные характеристики, запутывается в среде окружения и становится ее неотъемлемой частью. Аналогичный процесс происходит с любыми макросистемами.

Для характеристики макрообъектов, используют макропараметры: температура (Т), давление (р), химический потенциал () , внутренняя энергия (U), число частиц (N), масса (m) и объемов (V). В условиях теплового равновесия, внешнее окружение макрообъекта называют термостатом. Считается, что свойства термостата неизменны. Параметры Т, р и  относятся и к термостату, и к макрообъекту, а параметры U, N, m и V относятся только к макрообъекту.

Между объектом и термостатом в основном бывают механический, тепловой и корпускулярный контакт. Условием равновесия, при механическом контакте, это равенство давлений: р₁=р₂. Условием равновесия при тепловом контакте служит равенство температур: Т₁=Т₂.. Условием равновесия при диффузном контакте служит равенство химического потенциала: μ₁=μ₂. Величина μ характеризует энергию, переносимую одной микрочастицей через границы между макрообъектами при тепловом равновесии.

Природе небезразлично, в каком виде передается энергия макрообъекту: в форме работы или теплоты. В форме работы – это качественная энергия детерминированного движения частиц. В форме теплоты – это некачественная энергия стохастического движения частиц. Качественную энергию можно полностью переводить в работу, а некачественная энергия переводится в работу только частично.