Обсуждение:Термодинамика/Архив/2013

Термодинамическое определение температуры

Перенесено на страницу Обсуждение:Температура.

Longbowm@n 00:27, 6 апреля 2013 (UTC)

Раздел «Законы — начала термодинамики»

Уважаемый Mayyskiyysergeyy! Спасибо за добавление ссылок на источники в статью. В текущем состоянии статья требует существенной доработки, как по структуре, так и по тексту. Не мне Вам объяснять, сколько разных книг написано по термодинамике, и насколько могут различаться способы её изложения у разных авторов. Давайте сначала доведём статью до достойного состояния, не вдаваясь в тонкости дискуссий между разными авторами.

Конкретно, эта Ваша правка вызывает у меня несколько вопросов:

• почему Вы используете слово «термическое» равновесие вместо термодинамического?
• что именно призваны подтвердить две ссылки на АИ (Большой энциклопедический словарь, с. 751 и Залевски. Феноменологическая и статистическая термодинамика с. 11-12)?

Шаблон ОРИСС, который я проставил в этот раздел, относится к тому, что сейчас в данном разделе высказаны положения, которые противоречат большинству АИ, а именно:

• в отличие от того, что сейчас написано в статье, нулевое начало фактически утверждает лишь то, что термодинамическая система, находясь в состоянии термодинамического равновесия, остаётся нём сколь угодно долго, если внешние условия остаются фиксированными (например, Путилов, с 10);
• далее в АИ описываются некоторые эмпирические свойства состояния термодинамического равновесия, в том числе транзитивность и возможность тем самым ввести некоторую функцию состояния - эмпирическую температуру; в статье же идёт разнобой терминов (термодинамическое, термическое, тепловое равновесие) и нарушена логика изложения;
• в статье сейчас написано: «На основании этого закона делается вывод о существовании абсолютной температуры» — это ошибка, которую я уже удалил из определения нулевого начала.

Исходя из прошлого опыта общения с Вами, я уверен, что Вы знакомы с АИ как минимум не хуже меня (а вероятнее всего - много лучше), и мне не хотелось бы, чтобы кто-нибудь, обратившийся к указанным в данной правке страницам АИ, обвинил нас (Вас - как автора правки, меня — как патрулирующего) в сложной фальсификации или ориссе. Предлагаю начать с того, чтобы убрать из статьи содержащиеся в ней ошибки. --Fedor Babkin 16:35, 27 октября 2013 (UTC)

---

Я уже неоднократно отмечал в этих темах, - давайте в определении температуры писать про максвелловское распределение скоростей молекул, хотя бы в газах. Нет, коллеги притягивают за уши понятия энтропии, свободной энергии и др., и только через них вводят определение температуры. Достучаться до коллег в том, что статистическое распределение молекул по скоростям первично, а разные термодинамические функции вторичны, не смог, потому покинул дискуссии. Коллег мне в одиночку не удалось преобороть. Вот, теперь, близкое снова всплывает... Д.Ильин 18:00, 27 октября 2013 (UTC).

 

Отвечаю на вопросы в порядке их поступления.

В текущем состоянии статья требует существенной доработки, как по структуре, так и по тексту.

Согласен. На это и направлены мои усилия, хотя дело продвигается медленнее, чем хотелось бы.

Давайте сначала доведём статью до достойного состояния, не вдаваясь в тонкости дискуссий между разными авторами.

От этой статьи до тонкостей ой как далеко… Поясню свою позицию, которая ещё не нашла достаточно чёткого отражения в статье. Математический аппарат равновесной термодинамики основан на фундаментальном уравнении Гиббса и термодинамических неравенствах. Как только они сформулированы, кипение страстей прекращается и начинается решение конкретных задач. А вот способов ввода в оборот новых переменных, входящих в уравнение Гиббса и не определяемых в других разделах физики, почти столько же, сколько авторов работ на эти темы. Но принципиальных подходов только два: традиционный и более современный, и оба эти подхода заслуживают отражения в Википедии. Традиционный подход основан на использовании теплоты в качестве параметра фундаментального (т.е. жизненно необходимого для формулировки закона природы) и базового (т.е. жизненно необходимого для построения математического аппарата теории). Более современный подход основан на переводе понятия «теплота» в разряд вторичного (т.е. основанного на других базовых понятиях) и вспомогательного (т.е. не являющегося жизненно необходимым для формулировки закона природы). Возникновение современного подхода (название условное; используется только в пределах данного текста) вызвано не столько попытками придать больше стройности традиционному подходу, сколько принципиальными недостатками этого подхода, не позволяющими использовать его в качестве фундамента неравновесной термодинамики: 1) затруднениями с определением понятия «теплота» для неравновесных процессов; 2) затруднениями с определением понятия «теплота» для процессов в открытых системах.

К сожалению, в статье я большее внимание уделял подходу современному, а не традиционному. Постараюсь исправить перекос.

…почему Вы используете слово «термическое» равновесие вместо термодинамического?

Потому что эти понятия различаются, и я использую именно тот термин, который требуется в данном разделе, причём в строгом соответствии с текстом самого АИ. Цитирую («Физика. Большой энциклопедический словарь», 1998, с. 602, статья «РАВНОВЕСИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ»):

Одно из условий Р. т. — механич. равновесие, при к-ром невозможны никакие макроскопич. движения частей системы, но поступат. движение и вращение системы как целого допустимы. В отсутствие внеш. полей и вращения системы условием её механического равновесия явл. постоянство давления во всём объёме системы. Др. необходимые условия Р. т. — постоянство темп-ры и хим. потенциала в объёме системы, они определяют термическое и химическое равновесие системы.

Ещё одна цитата («Кубо. Термодинамика», 1970, с. 12):

Тепловое равновесие двух систем. Если две изолированные системы А и В приведены в контакт друг с другом, то полная система А + В в конечном итоге переходит в состояние теплового равновесия. В этом случае говорят, что системы А и В находятся в состоянии теплового равновесия друг с другом. Каждая из систем А и В в отдельности также находится в состоянии теплового равновесия. Это равновесие не нарушится, если устранить контакт между системами, а затем через некоторое время восстановить его. Следовательно, если установление контакта между двумя системами А и В, которые до этого были изолированными, не приводит ни к каким изменениям, то можно считать, что эти системы находятся в тепловом равновесии друг с другом (А ~ В). Нулевой закон термодинамики (закон транзитивности теплового равновесия). Если системы А и В находятся в тепловом равновесии и системы В и С находятся в тепловом равновесии, то системы А и С также находятся в тепловом равновесии между собой: А ~ В, B ~ C —> А ~ C. Этот эмпирический закон называется нулевым законом термодинамики.

Переходим к следующему пункту:

…что именно призваны подтвердить две ссылки на АИ (Большой энциклопедический словарь, с. 751 и Залевски. Феноменологическая и статистическая термодинамика с. 11-12)?

Именно то, что в тексте, касающемся транзитивности термического равновесия, речь идёт как раз о тепловом равновесии. Недаром Залевски поминает диатермическую перегородку, т.е. авторы, говорящие о тепловом (термическом) равновесии вопрос о механическом и химическом равновесии выводят за пределы рассмотрения, тогда как И.П. Базаров в своём известном учебнике использует более жёсткий подход.

…в данном разделе высказаны положения, которые противоречат большинству АИ, а именно: в отличие от того, что сейчас написано в статье, нулевое начало фактически утверждает лишь то, что термодинамическая система, находясь в состоянии термодинамического равновесия, остаётся нём сколь угодно долго, если внешние условия остаются фиксированными (например, Путилов, с 10)…

Констатирую, что разногласий по поводу того, что закон транзитивности термического равновесия вводит понятие температуры, не имеется, а расхождения имеются лишь по поводу условий, налагаемых на систему в связи с этим: сильных (требование термодинамического равновесия) или более слабых (требование термического, оно же тепловое, равновесия).

Ничего не имею против дополнения статьи постулатом (без номера или с номером 1, как у И.П. Базарова) о существовании термодинамического равновесия. Более того, этому постулату можно было бы присвоить и нулевой номер. Но это именно отдельный постулат, не отменяющий закон транзитивности теплового равновесия и не подменяющий его собой.

Посмотрим теперь, что в АИ говорится о «нулевом начале». В «Термодинамике» Путилова (1971) на с. 10 нет ничего ни о термическом равновесии, ни о термодинамическом равновесии, ни о нулевом начале. В этой книге данный вопрос подробно рассматривается в разделе «Тепловое равновесие и температура» (с. 23 и далее), причём речь там идёт именно о термическом равновесии. Возможно, имелась в виду «Термодинамика» Базарова (1991, с. 17–19) и его постулат номер 2?

Обратимся теперь к другим авторам. Кричевский в своей книге «Понятия и основы термодинамики» (1970, с. 30) пишет:

…для закона термического равновесия предложили нелепо звучащее наименование — нулевой закон термодинамики.

Физическая энциклопедия. Т. 5 (с. 84):

Темп-ра является количеств. характеристикой теплового равновесия…

Ландау, Лифшиц. Статистическая физика. Ч. 1 (2002, с 53):

Рассмотрим два тела, находящиеся в тепловом равновесии друг с другом, причем оба тела вместе составляют замкнутую систему.

H.A. Buchdahl. The concepts of classical thermodynamics (1966, p. 27):

…two systems in diathermic contact will be in equilibrium if and only if their states satisfy one condition of the form…

Готов продолжить этот список источников, которые, согласно правилам Википедии, относятся к числу авторитетных. Итак, утверждение о «большинстве АИ» пока сводится к одной-единственной книге: И.П. Базаров «Термодинамика» (буду рад получить любые другие ссылки, после чего готов вернуться к обсуждению этого вопроса). Следует ли это понимать так, что упомянутые выше источники (Ландау, Прохоров — гл. ред. «Физической энциклопедии», Путилов, Кричевский — тот самый, который открыл гетерогенные равновесия в газовых фазах, Залевски, Кубо, Buchdahl) мой уважаемый оппонент не рассматривает как авторитетные, либо же имеет место некое недопонимание между нами?

Подход И.П. Базарова более чёток, ибо в нём ничего за скобки не выводится. Но с точки зрения правил Википедии предпочтение должно быть отдано другим АИ. Впрочем, история науки учит нас, что при появлении более правильного нового подхода его противники на начальном этапе всегда оказываются в большинстве.

Независимо от того, кто из поминавшихся выше авторов прав, замена более слабого ограничения (термическое равновесие) на более сильное (термодинамическое равновесие) сохраняет в силе весь последующий текст, касающийся закона транзитивности термического равновесия, так что против выполненной кем-то другим замены термина «термическое равновесие» на «термодинамическое равновесие» я выступать не буду.

…в статье же идёт разнобой терминов (термодинамическое, термическое, тепловое равновесие) и нарушена логика изложения…

Ничего удивительного для статьи, которую пишут несколько авторов. Будем стараться приводить всё к общему знаменателю.

…в статье сейчас написано: «На основании этого закона делается вывод о существовании абсолютной температуры» — это ошибка, которую я уже удалил из определения нулевого начала.

Это действительно моя ошибка, которую сам я классифицирую как «грубый промах». Виноват. Несмотря на все мои старания, такое иногда случается. Буду стараться ещё сильнее.

Предлагаю начать с того, чтобы убрать из статьи содержащиеся в ней ошибки.

Я — за. Прошу конкретизировать перечень ошибок, ибо сейчас из-за замыленности глаз они мне просто не видны.

Я уже неоднократно отмечал в этих темах, - давайте в определении температуры писать про максвелловское распределение скоростей молекул, хотя бы в газах. Нет, коллеги притягивают за уши понятия энтропии, свободной энергии и др., и только через них вводят определение температуры. Достучаться до коллег в том, что статистическое распределение молекул по скоростям первично, а разные термодинамические функции вторичны, не смог, потому покинул дискуссии. Коллег мне в одиночку не удалось преобороть. Вот, теперь, близкое снова всплывает... Д.Ильин 18:00, 27 октября 2013 (UTC).

С точки зрения теоретической физики вторична вся термодинамика в целом. Дело, однако, вот в чём. В статистической термодинамике доказывается, что модуль канонического, например, распределения имеет те же свойства, что и абсолютная температура, а для этого требуется независимое от статфизики определение температуры. В статье или книге, где вся термодинамика со всеми своими переменными последовательно и полностью выводится из статфизики (как это делают Ландау с Лифшицем в своём курсе), безусловно, можно было бы ограничиться чисто статистическим подходом к температуре. То же относится и к популярным статьям. А вот в энциклопедической статье, где рассматривается, помимо прочего, и история вопроса, не обойтись без упоминания о том, что понятие «температура» появилось в физике до возникновения молекулярно-кинетической теории, и пояснения, как оно существовало на чисто эмпирическом фундаменте и как учёные того времени обходились без распределения Максвелла. Mayyskiyysergeyy 12:41, 28 октября 2013 (UTC)

• Вот и давайте начинать вычищать ошибки из текста статьи. Сейчас написано: «нулевое начало термодинамики постулирует существование термического равновесия и вводит понятие температуры» (было написано «вводит понятие абсолютной температуры», я вычистил). Это даже не определение. Сравним с АИ, дающими определение нулевого начала:

Квасников, с. 20: «Для каждой термодинамической системы существует состояние термодинамического равновесия, которого она при фиксированных внешних условиях самопроизвольно достигает.»

Сивухин, с. 14: «Каково бы ни было начальное состояние тел изолированной системы, в ней в конце концов установится термодинамическое равновесие, в котором прекратятся все макроскопические процессы.»

Базаров, с. 17: «В термодинамике постулируется, что изолированная макроскопическая система с течением времени приходит в состояние термодинамического равновесия и никогда самопроизвольно выйти из него не может.»

Путилов (с. 10) говорит чуть более строго: «Этот постулат может быть сформулирован так. В термодинамике принимают, что сколь бы долго мы ни наблюдали какое-либо тело, находящееся в равновесном состоянии, это тело, будучи вполне изолировано от воздействий окружающего мира, никогда не претерпит ни малейшего спонтанного изменения своего состояния.»

Строгость заключается в том, что равновесная термодинамика описывает системы, уже находящиеся в равновесном состоянии, а не переходные процессы, ведущие в это состояние.

По моему мнению, наблюдается полное согласие приведенных АИ и в терминологии, и по сути. Ни слова нет о том, что нулевое начало вводит понятие температуры. --Fedor Babkin 15:55, 28 октября 2013 (UTC)

Нулевое начало термодинамики: вчера и сегодня

Мы столкнулись со стандартной проблемой, когда в один и тот же термин вкладывается разное содержание. Начну с небольшого отступления. Никакой термин, по определению, не может быть неверным. Вкладываемое в термин содержание может быть либо общепринятым, либо малораспространённым, современным или устаревшим, общенаучным либо специфичным для данной дисциплины, но оно не может быть неправильным. Первое время после того, как в старый термин будет вложено новое содержание, такая трактовка будет малораспространённой и либо отомрёт, либо станет общепринятой. Терминам свойственно меняться, хотя и медленно, стареть, а иногда и умирать. Терминология, используемая в современной науке, уже заметно отличается от той, которая использовалась во времена моего обучения. Эти рассуждения призваны дать понимание того, почему в определённых ситуациях я спокойно принимаю точку зрения оппонента, даже если она мне не слишком импонирует.

Теперь по существу вопроса. Как я понимаю, у нас имеется согласие о том, что в статье о термодинамике первым среди её постулатов должен быть упомянут закон существования термодинамического равновесия, но пока не достигнуто согласие, как его назвать и какой номер присвоить. Мне кажется, что в этом отношении наиболее последователен Базаров (с. 17), говоря о первом, или основном, постулате термодинамики. Оставляю решение о названии на Ваше усмотрение (надеюсь, что название не будет слишком экзотичным; шутка).

Следующим на очереди стоит постулат, называемый законом транзитивности термического равновесия. Сначала о названии. Базаров (с. 18), будучи последовательным, называет его «вторым исходным положением термодинамике (вторым постулатом)».

Зачем нужен этот постулат? Продолжу цитировать Базарова (с. 19): «Свойство транзитивности состояний термодинамического равновесия позволяет сравнивать значения величины t у разных систем, не приводя их в непосредственный тепловой контакт между собой, а пользуясь одним каким-либо другим телом. Эта величина… называется температурой.

Изложенное положение о существовании температуры как особой функции состояния равновесной системы представляет второе исходное положение термодинамики. Р. Фаулер и Э. Гуггенгейм назвали его нулевым началом, так как оно, подобно первому и второму началам, определяющим существование некоторых функций состояния, устанавливает существование температуры у равновесной системы».

Посмотрим, что пишут сами Р. Фаулер и Э. Гуггенгейм (Статистическая термодинамика, с. 79): «Только что введенный постулат о существовании температуры мог бы с большой пользой быть назван „нулевым законом термодинамики”. Температура, существование которой мы постулируем таким образом, измеряется по шкале, которая определяется только путем произвольного выбора термометрической системы; такая температура называется эмпирической температурой, для того чтобы отличить ее от определяемой ниже абсолютной температуры».

Продолжу цитирование источников. Л. Радушкевич. Курс термодинамики (1971, с. 5): «Обычная классическая термодинамика подразумевает скрытое движение частиц, выражаемое температурой. Это положение является в термодинамике столь важным, что его иногда называют нулевым началом термодинамики, чтобы подчеркнуть его принципиальное значение как исходной предпосылки, и формулируют в виде аксиомы: все тела при тепловом равновесии обладают температурой».

Залевски (с. 11–12): «Две термически однородные системы А и В находятся в диатермическом равновесии, если в равновесии находится система АВ, состоящая из систем А и В, разделенных диатермической стенкой. Примем также, что каждая система сама по себе находится в равновесии. Введем запись А ~ В для обозначения того, что система А находится в диатермическом равновесии с системой В. Из определения равновесия следует, что если А ~ В, то В ~ А и А ~ А, а следовательно, соотношение «~» симметрично и обратимо. Чтобы ввести понятие температуры, мы должны еще сделать предположение о переходности соотношения «~», т. е. допустить, что А ~ В и В ~ С приводят к А ~ С. Это предположение, достаточно очевидное с физической точки зрения, иногда называют нулевым законом термодинамики. Из обратимости, симметричности и переходности соотношений «~» следует, что комплекс всех возможных состояний всех возможных систем можно разделить на классы так, что две системы (в определенных состояниях) будут относиться к одному классу тогда и только тогда, когда между ними имеет место соотношение «~». Присвоим теперь всем классам такие числа τ, чтобы каждому классу соответствовало свое число. Величина τ является функцией состояния. Таким образом, зная состояние системы, можно определить, к какому классу ее следует отнести и, следовательно, какое значение τ можно ей приписать. Функцию состояния τ называют эмпирической температурой. Из предыдущего видно, что это определение неоднозначно. Однако оно предполагает справедливость следующей теоремы: для того чтобы две термически однородные системы находились в диатермическом равновесии, необходимо и достаточно, чтобы были равны их эмпирические температуры».

Кричевский (с. 29): «На… положениях закона термического равновесия и основана возможность однозначного измерения температуры термометрами. Термометр показывает свою собственную температуру, она равна температуре тела, с которым термометр находится в термическом равновесии».

H.A. Buchdahl. The concepts of classical thermodynamics (1966, p. 30–31): «It has been seen that, as a consequence of the Zeroth Law, it is possible to associate with two systems KA(x) and KB(y) functions ζ(x) and η(y) respectively, such that the condition of mutual equilibrium takes the form ζ(x)=η(y). In other words, with every system K, coordinates x, one can associate a function ζ(x), called its empirical temperature function, such that two systems, in states A and B respectively, are in mutual equilibrium if and only if the empirical temperature functions take the same values for the two states in question. The value of the empirical temperature function of a system K in a state A is called the empirical temperature of K in the state A (or else simply the empirical temperature of A); and it will be denoted by t. The condition for the mutual equilibrium of two systems KA and KB may then be written t(A) = t(B)».

Вернёмся к вопросу о названии постулата о транзитивности теплового равновесия. Кубо («Термодинамика», 1970, с. 12) пишет: Нулевой закон термодинамики (закон транзитивности теплового равновесия). Если системы А и В находятся в тепловом равновесии и системы В и С находятся в тепловом равновесии, то системы А и С также находятся в тепловом равновесии между собой: А ~ В, B ~ C —> А ~ C. Этот эмпирический закон называется нулевым законом термодинамики».

R. Giles. Mathematical Foundations of Thermodynamics (1964, p. 15): «Zeroth Law of Thermodynamics. If two (thermodynamic) systems are in thermal equilibrium with a third they are in thermal equilibrium with each other».

A.B. Pippard. Elements of classical thermodynamics for advanced students of physics (p. 9): «…zeroth law of thermodynamics: If, of three bodies, A, B and C, A and B are separately in equilibrium with C, then A and B are in equilibrium with one another».

Вывод. В англоязычной литературе под «нулевым началом» понимали раньше и продолжают подразумевать по сию пору постулат о транзитивности термического равновесия, из которого вытекает существование эмпирической температуры как функции состояния и равенство эмпирических температур как условия термического равновесия. В современной русскоязычной литературе в термин «нулевое начало» предпочитают вкладывать иное содержание.

Предложение. Мой вариант обсуждаемого раздела уже изложен в статье «Термодинамика». Теперь очередь других писать текст раздела, ибо «оружие критики не заменит критики оружием», а моя очередь — критиковать написанное этими другими.

Выбор названия для постулатов оставляю за Вами, ибо не считаю этот вопрос принципиально важным. Mayyskiyysergeyy 19:52, 28 октября 2013 (UTC)

• Прежде чем я поправлю текст статьи, проясните, пожалуйста, Вашу личную точку зрения: является ли постулат о транзитивности теплового равновесия первичным по отношению к постулату существования термодинамического равновесия, или же независимым от него, или же равнозначным ему, или же вторичным по отношению к нему? --Fedor Babkin 05:01, 29 октября 2013 (UTC)

 

Постулат о транзитивности термического равновесия в системе аксиом термодинамики хронологически явился четвёртым по счету (Р. Фаулер, 1931; Э. Гуггенгейма записывают в соавторы по ошибке), а постулат о существовании термодинамического равновесия — пятым. Мне неизвестно точно, кто первым назвал это положение постулатом и включил постулат о существовании термодинамического равновесия в систему аксиом термодинамики, но в книгах Леонтовича (М. А. Леонтович. Введение в термодинамику, 1951) и Самойловича (А. Г. Самойлович. Термодинамика и статистическая физика, 1953) изложение термодинамики начинается именно с постулата о существовании термодинамического равновесия. Эти авторы не называют его ни аксиомой, ни постулатом, а говорят об экспериментально установленной закономерности. Далее поминаемые авторы формулируют положение о транзитивности термического равновесия, опять же не называя его ни аксиомой, ни постулатом, а говоря об экспериментально установленной закономерности. На основе постулата о транзитивности термического равновесия делается вывод о существовании эмпирической температуры и её свойствах (в книге Самойловича этот вопрос рассмотрен подробнейшим образом). В англоязычной литературе нередко оба эти постулата объединят в том смысле, что рассматривают их как две части единого «zeroth law». Лично мне такой подход представляется предпочтительным, хотя бы потому, что позволяет уменьшить разнобой в русской и английской терминологиях. Итак, мой личный подход: «нулевой закон» состоит из двух самостоятельных (т. е. невыводимых один из другого) постулатов, первый из которых говорит о существовании термодинамического равновесия и о термическом равновесии как необходимом (но недостаточном) условии равновесия термодинамического. Второй из входящих в нулевой закон постулатов говорит о транзитивности термического равновесия в системах с диатермическими стенками (перегородками). На основании нулевого закона делается вывод о существовании эмпирической температуры и её свойствах, главным из которых является равенство температур подсистем, находящихся в термическом равновесии.

Если честно, то я не вполне понял используемую в вопросе терминологию, но в попытке ответить на вопрос повторю ещё раз: бессмысленно говорить о свойствах того, чего не существует; не имеет смысла говорить о транзитивности равновесия, не постулировав само существование этого равновесия. В то же время только из факта существования равновесия вовсе не вытекает автоматически его транзитивность. Транзитивность термического равновесия есть отдельный постулат.

Полюбопытствуйте на всякий случай, что по этому поводу говорит английская Вики (Laws of thermodynamics, Zeroth law of thermodynamics).

Желаю успеха в нашем безнадёжном, но не бессмысленном деле. Mayyskiyysergeyy 07:56, 29 октября 2013 (UTC)

• В данном вопросе мы пришли к консенсусу, я эти моменты понимаю примерно так же. Английские АИ я, конечно, смотрел, и они вызывают у меня определённые вопросы. В них нулевое начало обычно отождествляется с принципом транзитивности. Однако посмотрите, до какой неаккуратности могут доходить уважаемые авторы современных учебников LECTURE NOTES ON THERMODYNAMICS, Joseph M. Powers, с. 36: «Zeroth law of thermodynamics: When two bodies have equality of temperature with a third body, then they have equality of temperature.» Хотя в целом этот учебник вполне живо читается. Итак, в этой статье мы будем ориентироваться на русские АИ, и я постараюсь суммировать итог нашей дискуссии коротко, поскольку она обзорная. А статьи Начала термодинамики и Нулевое начало термодинамики надо реанимировать, используя наработки и заготовки на этой СО. --Fedor Babkin 08:25, 29 октября 2013 (UTC)

 

Поздравляю, коллега, статья стала лучше. Я бы, конечно, иначе расставил акценты: нулевое начало появилось именно для того, чтобы посредством постулата о транзитивности ввести понятие температуры, иначе новый закон никому не был бы нужен. Транзитивность, т. е. экспериментально установленное положение, очевидное на бытовом уровне, но не вытекающее из других законов физики — вот то, из-за чего физик-теоретик Фаулер стал городить этот огород. А уже потом учёные спохватились, что сказав «А», нужно сказать и «Б», и уж если речь зашла о свойствах некоторого состояния, то неплохо было бы уточнить, что под этим состоянием термодинамического равновесия понимать, и вытекает ли с необходимостью из законов природы, что такое состояние и возможно, и неизбежно при соблюдении определённых условий. Потом пошли переименования, а затем и вовсе из ванны вытащили младенца (транзитивность), оставив воду (существование равновесия). Это конечно, постулат, но того же уровня, что и постулаты о существовании разного рода перегородок (диатермических, адиабатических, полупроницаемых) и допустимости применения оных перегородок для решения задач термодинамики (принцип термодинамической допустимости Путилова), т. е. без привлечения транзитивности постулат о существовании равновесия на закон термодинамики ну никак не тянет. Вы сами подметили, что в англоязычных АИ «нулевое начало обычно отождествляется с принципом транзитивности». Конечно, не следует считать отечественных авторов глупее забугорных, но ещё для нас опаснее считать иностранцев глупее, чем мы.

Что касается забугорных авторов… А опробуйте ограничиться чтением классики: Гуггенгейма (его книга Guggenheim E.A. Thermodynamics (1986) — это уже 8-е (!) издание), Ландсберга, Мюнстера (есть русский перевод той части его книги, который касается химтермодинамики), Бриджмена и тех авторов, которых я упоминал ранее. Т. е. использовать тот же подход, что и для русскоязычной литературы: чем новее книга, тем меньше ей веры.

Статью «Нулевое начало» я бы сделал, но не знаю, как убрать перенаправление на «Исходные положения термодинамики».

Из фразы «Термодинамическое равновесие предполагает наличие в системе механического, теплового и химического равновесия, а также равновесия фаз» я бы на всякий случай убрал последнюю часть про равновесие фаз, ибо его можно рассматривать как необходимый элемент равновесия химического. Напомню известный трюизм: для Вики не требуется писать правильно, для Вики следует писать в соответствии с АИ. Цитирую («Физика. Большой энциклопедический словарь», 1998, с. 602, статья «РАВНОВЕСИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ»): «Одно из условий Р. т. — механич. равновесие, при к-ром невозможны никакие макроскопич. движения частей системы, но поступат. движение и вращение системы как целого допустимы. В отсутствие внеш. полей и вращения системы условием её механического равновесия явл. постоянство давления во всём объёме системы. Др. необходимые условия Р. т. — постоянство темп-ры и хим. потенциала в объёме системы, они определяют термическое и химическое равновесие системы».

Ещё раз мои поздравления. Всего доброго. Mayyskiyysergeyy 12:46, 29 октября 2013 (UTC)

 

• Статья Нулевое начало термодинамики реанимирована. Недостаточный опыт не позволил назвать её именно так, пришлось изворачиваться. Буду рад, если созданному мной тексту Закон транзитивности термического равновесия Вы сможете вернуть его родное название — «Нулевое начало термодинамики».

Черновик нуждается и в правке, и в шлифовке; буду этим заниматься. Надеюсь на конструктивную критику. Mayyskiyysergeyy 18:17, 29 октября 2013 (UTC)

1. Спасибо, коллега, за добрые слова и чрезвычайно конструктивную дискуссию. Переименовать Вашу статью несложно. Пока её содержание точно соответствует заголовку, а сама статья ещё в работе, особого смысла в переименовании нет. Я, конечно, буду за ней следить и по возможности поучаствую и в обсуждении, и в улучшении статьи. Пока обратите внимание на то, что автор процитированного мной учебника LECTURE NOTES ON THERMODYNAMICS, Joseph M. Powers при обсуждении нулевого начала на с. 36 написал такую фразу: «The origins of the zeroth law are murky», то есть «Происхождение нулевого начала не вполне ясно». В иноязычной литературе авторство нулевого начала приписывают Фаулеру, о чём пишет и Пауэрс, приводя ссылки на Соммерфельда и самого Фаулера, но, видимо, не всё так однозначно. В англовики говорится о том, что Фаулер постулировал нулевое начало как принцип существования температуры, но сделал это не вполне аккуратно. Возможно, и в России найдётся свой Фаулер, сформулировавший общее начало.

2. Что касается Ваших замечаний, то возможно, акценты стоит расставить более чётко, я подумаю над этим. У иноязычных авторов мне не нравится то, что сразу пишут про температуру (что у несведущего читателя вызывает путаницу из-за разнообразия вариантов того, что можно понимать под температурой). Физикам понятно, что речь идёт не о температуре как таковой, а о возможности создания измерительного прибора для эмпирической температуры. Надеюсь, что в моём изложении в статье это прозвучало достаточно ясно. Фразу про равновесие фаз можно и исключить, но тогда надо писать про химпотенциал, что в контексте нулевого начала видится преждевременным.

3. Если будет время, напишите, пожалуйста, свои соображения по поводу улучшения статьи Термодинамическая система, а то сейчас это фундаментальное для термодинамики понятие изложено в Википедии на тройку с минусом. --Fedor Babkin 19:19, 29 октября 2013 (UTC)

Нулевое начало в аксиоматической формулировке

…обратите внимание на то, что автор процитированного мной учебника LECTURE NOTES ON THERMODYNAMICS, Joseph M. Powers при обсуждении нулевого начала на с. 36 написал такую фразу: «The origins of the zeroth law are murky», то есть «Происхождение нулевого начала не вполне ясно». В иноязычной литературе авторство нулевого начала приписывают Фаулеру, о чём пишет и Пауэрс, приводя ссылки на Соммерфельда и самого Фаулера, но, видимо, не всё так однозначно. В англовики говорится о том, что Фаулер постулировал нулевое начало как принцип существования температуры, но сделал это не вполне аккуратно. Возможно, и в России найдётся свой Фаулер, сформулировавший общее начало.

Посмотрел, что пишет г-н Joseph M. Powers. Написано, конечно, неудачно и для нас непривычно, но, как это ни странно, никаких ошибок у Пауэрса нет, ибо он честно предупредил об использовании им аксиоматического подхода. Придётся мне коснуться этого вопроса в статье Закон транзитивности термического равновесия (видит Бог, как мне хотелось от этого увильнуть!) Пока же посмотрим, что пишет сам Зоммерфельд в своём учебнике «Термодинамика» (1955, с. 11): «В термодинамике появляется новое понятие — температура. Оно чуждо классической механике, равно как и электродинамике и атомной физике… Качественной мерой температуры является наше ощущение тепла; количественным измерителем, правда еще в некоторой степени произвольным, — любой термометр. Тело, находящееся в тепловом равновесии, имеет во всех точках одинаковую температуру. То же самое справедливо для двух тел, которые достаточно долго имели тепловой контакт. Равенство температур во всех точках системы является необходимым условием термодинамического равновесия.

Термодинамика, как мы уже говорили в предисловии, — аксиоматическая наука. В соответствии с этим введем температуру при помощи следующей аксиомы:

Существует функция состояния — температура. Равенство температур во всех точках есть условие теплового равновесия двух систем или двух частей одной и той же системы.

Эта аксиома специально сформулирована аналогично приводимым ниже формулировкам первого и второго начал термодинамики: это позволяет нам назвать её, согласно предложению Фаулера, «нулевым началом». Это название было предложено в связи с обсуждением термодинамики известным индусским астрофизиком Саха и его сотрудником Зривартава (М. Saha, В. Srivartava, Allahabad, 1931, 1935)».

Начнём с появления названия «нулевое начало». В книге «Фаулер Р., Гуггенгейм Э. Статистическая термодинамика» (русский перевод английского издания 1939 года) «нулевой закон» уже фигурирует. Ссылки на более ранние публикации нигде не встречаются, однако год всегда указывается один и тот же: 1931. Из сказанного Зоммерфельдом можно догадаться, что имело место быть устное обсуждение, в ходе которого и прозвучал впервые термин «нулевой закон». Надо полагать, что когда в 1939 году вышла и сразу получила широкую известность (в узких кругах, конечно) поминавшаяся выше книга Фаулера и Гуггенгейма, все (или почти все) участники обсуждения были ещё живы, но никто ни тогда, ни впоследствии, не подвергал сомнению ни авторство Фаулера, ни год, когда впервые прозвучали слова «нулевой закон».

Неизвестно, какой была первоначальная формулировка самого Фаулера (к упрёкам малограмотных авторов англоязычной Вики в адрес физика экстра-класса с мировым именем я отношусь с большим подозрением), а вот формулировка Зоммерфельда чёткая и грамотная: «Существует функция состояния — температура», обладающая такими-то и такими-то свойствами. Правда, сейчас перечень этих свойств значительно шире, нежели у Зоммерфельда, но общая идея сохраняется: не существование температуры выводится из постулата о транзитивности, а, наоборот, на основании постулата о существовании температуры доказывается теорема о транзитивности. Непривычно? Да. Неправильно? Ни в коем разе.

Энциклопедическая статья — не учебник, где материал должен излагаться последовательно, так что химпотенциал помянуть не возбраняется: пусть пытливые неофиты разбираются, с чем его едят. Я же буду копать дальше, кто и как в литературе определяет термодинамическое равновесие.

Над статьёй Термодинамическая система буду думать. Mayyskiyysergeyy 21:29, 29 октября 2013 (UTC)

• Добавлю в Ваш список АИ современный обзор, в котором авторы стараются придерживаться аксиоматического подхода со всей возможной строгостью. К сожалению, эта строгость влечет за собой то, о чем предупреждал еще Путилов: чем мудрёнее математика второго начала, тем менее доступным и понятным становится изложение. Собственно, ко второму началу мы даже и не подошли, но по поводу нулевого начала и транзитивности обратите внимание на следующую цитату:

The question whether the zeroth law is really needed as an independent postulate or can be derived from other assumptions is the subject of some controversy, see e.g., (Buchdahl, 1986), (Walter, 1989), (Buchdahl, 1989). Buchdahl (1986) derives it from his analysis of the second law for three systems in thermal equilibrium. However, it is not clear whether the zeroth law comes for free; if we really pursued this idea in our framework we should probably find it necessary to invoke some sort of assumption about the three-system equilibria.

— с. 52 обзора Либа и Ингвасона

--Fedor Babkin 08:52, 30 октября 2013 (UTC)

 

1) Благодарю за ссылку. С этой статьёй я знаком. Малый опыт работы в Википедии приводит к моему шараханью из крайности в крайность: от полного игнорирования ссылок на АИ к их переизбытку. Вот и на эту работу не решаюсь нигде ссылаться, ибо это журнальная статья, а не книга. Мне уже один коллега сделал выговор за использование на странице обсуждения (sic!) ссылки на статью в журнале «Природа». Ваше послание я трактую как пояснение более опытного коллеги о допустимости в Википедии ссылок на обзорные статьи в авторитетных научных журналах. Я правильно понял?

2) За неимением (пока) за душой лучшего термина, я использую слово «аксиоматика» в трактовке, несколько отличающейся от принятой в термодинамике (о математическом подходе к аксиоматике я вообще молчу). Думаю, Вы уже обратили внимание, что ни разу, говоря об аксиоматике, я не упомянул Каратеодори. И это не случайно, ибо для меня аксиоматический подход в термодинамике — это не отказ от традиционных формулировок, понимаемый как самоцель, а вынужденная плата за достижение большей логической стройности теории, неизбежная расплата за отказ от разного рода подпорок и костылей. Для меня аксиоматика — это максимальный отказ от всевозможных умолчаний: нельзя обойтись без перегородок — включаем допустимость их применения в общую систему аксиом. Для меня аксиоматика — это чёткость формулировок. Должны быть поимённо перечислены все необходимые для построения теории базовые понятия, которым можно дать только описательные определения, а все остальные необходимые термины строятся посредством базовых. Наконец, для меня использование выражений типа «существует некоторое множество объектов, подмножеством которого являются…» не есть необходимый элемент термодинамической аксиоматики. Ну а если при этом ещё удастся говорить на языке, понятном нормальным людям с определённым уровнем образования — так это вообще будет здорово! Посмотрите под этим углом на статью «Термодинамика» — это чистейшей воды аксиоматическая система, пусть и весьма далёкая от совершенства. — Эта реплика добавлена участником Mayyskiyysergeyy (о • в) 11:06, 30 октября 2013 (UTC)

ВП:АИ: «Наиболее авторитетный источник — обзорная статья в уважаемом научном журнале. В отличие от книги, которую может каждый опубликовать за свой счёт, или за счёт друга-издателя, статьи в таких журналах проходят рецензирование» --Fedor Babkin 11:48, 30 октября 2013 (UTC)

 

Спасибо. Переформулирую вопрос: как отличить уважаемый журнал от неуважаемого? И как быть с книгами, изданными в СССР? Mayyskiyysergeyy 11:57, 30 октября 2013 (UTC)

В целом авторитетность источников в той или иной предметной области может более-менее объективно оценить специалист в этой области. В точных науках обычно это не вызывает особых разногласий. В данном случае это очевидно, этот журнал специализируется на обзорных статьях по физике. Формальных критериев значимости научных журналов в рувики, насколько я знаю, нет. Научные книги, изданные в СССР, написаны обычно очень хорошими специалистами. Для спорных случаев есть ВП:КОИ. --Fedor Babkin 13:37, 30 октября 2013 (UTC)

 

Вас понял. Благодарю за разъяснения и помощь в оформлении ссылки. Иметь перед глазами эталонный образец очень полезно. Увы, до сих пор иногда забываю ставить подпись; буду изживать этот недостаток. Mayyskiyysergeyy 14:55, 30 октября 2013 (UTC)