加载中…电动力学是什么？经典力学是什么？非平衡态是什么？
(2009-01-27 20:41:00)
标签：
杂谈 |
电磁学是物理学的一个分支。电学与磁学领域有着紧密关系，广义的电磁学可以说是包含电学和磁学，但狭义来说是一门探讨电性与磁性交互关系的学科。 主要研究电磁波，电磁场以及有关电荷，带电物体的动力学等等。
电磁学或称电动力学或经典电动力学。之所以称为经典，是因为它不包括现代的量子电动力学的内容。电动力学这样一个术语使用并不是非常严格，有时它也用来指电磁学中去除了静电学、静磁学后剩下的部分，是指电磁学与力学结合的部分。这个部分处理电磁场对带电粒子的力学影响。
电磁学的基本理论由19世纪的许多物理学家发展起来，麦克斯韦方程组通过一组方程统一了所有的这些工作，并且揭示出了光作为电磁波的本质。
电磁学的基本方程为麦克斯韦方程组，此方程组在经典力学的相对运动转换（伽利略变换）下形式会变，在伽里略变换下，光速在不同惯性座标下会不同。保持麦克斯韦方程组形式不变的变换为洛伦兹变换，在此变换下，不同惯性座标下光速恒定。
廿世纪初迈克耳逊－莫雷实验支持光速不变，光速不变亦成为爱因斯坦的狭义相对论的基石。取而代之，洛伦兹变换亦成为较伽利略变换更精密的惯性座标转换方式。
静磁现象和静电现象很早就受到人类注意。中国远古黄帝时候就已经发现了磁石吸铁、磁石指南以及摩擦生电等现象。系统地对这些现象进行研究则始于16世纪。1600年英国医生吉尔伯特(William Gilbert，1544～1603)发表了<论磁、磁饱和地球作为一个巨大的磁体>(Demagnete，magneticisque corporibus et de magnomagnete tellure)。他总结了前人对磁的研宛，周密地讨论了地磁的性质，记载了大量实验，使磁学从经验转变为科学。书中他也记载了电学方面的研究。
国际单位制电磁学单位
| 国际单位制电磁学单位 | |||
|---|---|---|---|
| 名称 | 符号 | 量纲 | 物理量 |
| 安培 | A | A | 电流 |
| 库仑 | C | A·s | 电荷量 |
| 伏特 | V | J/C = kg·m2·s−3·A−1 | 电压 |
| 欧姆 | Ω | V/A = kg·m2·s−3·A−2 | 电阻、阻抗、电抗 |
| 欧姆米 | Ω·m | kg·m3·s−3·A−2 | 电阻率 |
| 瓦特 | W | V·A = kg·m2·s−3 | 功率 |
| 法拉 | F | C/V = kg−1·m−2·A2·s4 | 电容 |
| 法拉每米 | F/m | kg−1·m−3·A2·s4 | 电容率 |
| 倒法拉 | F−1 | kg1·m2·A−2·s−4 | 倒电容 |
| 西门子 | S | Ω−1 = kg−1·m−2·s3·A2 | 电导, 导纳, 电纳 |
| 西门子每米 | S/m | kg−1·m−3·s3·A2 | 电导率 |
| 韦伯 | Wb | V·s = kg·m2·s−2·A−1 | 磁通量 |
| 特斯拉 | T | Wb/m2 = kg·s−2·A−1 | 磁通量密度、磁感应强度 |
| 安培每米 | A/m | m−1·A | 磁场强度 |
| 安培每韦伯 | A/Wb | kg−1·m−2·s2·A2 | 磁阻 |
| 亨利 | H | Wb/A = V·s/A = kg·m2·s−2·A−2 | 自感 |
| 亨利每米 | H/m | kg·m·s−2·A−2 | 磁导率 |
| (无量纲) | χ | - | 磁化率 |
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
早在19世纪，经典力学就已经成为物理学中十分成熟的分支学科，它包含了丰富的内容。例如：质点力学、刚体力学、分析力学、弹性力学、塑性力学、流体力学等。经典力学的应用范围，涉及到能源、航空、航天、机械、建筑、水利、矿山建设直到安全防护等各个领域。当然，工程技术问题常常是综合性的问题，还需要许多学科进行综合研究，才能完全解决。纸锥扬声器的振动模式
－－－－－－－－－－－－－－－－ 统计物理学 statistical physics
根据对物质微观结构及微观粒子相互作用的认识，用概率统计的方法，对由大量粒子组成的宏观物体的物理性质及宏观规律作出微观解释的理论物理学分支。又称统计力学
。所谓大量，是以1摩尔物质所含分子数（其数量级为10^23个）为尺度的。研究对象从少量个体变为由大量个体组成的群体，导致规律性质和研究方法的根本变化，大量粒子系统所遵循的统计规律是不能归结为力学规律的。统计物理是由微观到宏观的桥梁，它为各种宏观理论提供依据，已经成为气体
、液体、固体和等离子体理论的基础，并在化学和生物学的研究中发挥作用。气体动理论（曾称气体分子运动论）是早期的统计理论。它揭示了气体的压强、温度、内能等宏观量的微观本质，并给出了它们与相应的微观量平均值之间的关系。平均自由程公式的推导，气体分子速率或速度分布律的建立，能量均分定理的给出，以及有关数据的得出，使人们对平衡态下理想气体分子的热运动、碰撞、能量分配等等有了清晰的物理图像和定量的了解，同时也显示了概率、统计分布等对统计理论的特殊重要性。
非平衡态分布函数及其演化方程的建立，不仅成为输运过程微观统计理论的基础 ，而且由它定义的H函数及其遵循的 H
定理对理解 宏观过程的 不可逆性及趋于
平衡的过程起过重要作用。熵的统计意义的阐明，熵增加原理的微观统计解释表明统计理论已从平衡态向非平衡态发展，已经从对某些宏观概念和宏观规律的微观统计解释发展到对热力学第二定律这样的普遍规律作出微观统计解释。但是，气体动理论以分子为统计个体，需对分子的结构以及分子间的作用作出并无根据的猜测或假设，这是它进一步发展的根本困难和限制。
J.W. 吉布斯把整个系统作为统计的个体
，提出研究大量系统构成的系综在相宇中的分布，克服了气体动理论的困难，建立了统计物理。在平衡态统计理论中，对于能量和粒子数固定的孤立系统，采用微正则系综；对于可以和大热源交换能量但粒子数固定的系统，采用正则系综；对于可以和大热源交换能量和粒子的系统，采用巨正则系综。这是三种常用的系综，各系综在相宇中的分布密度函数均已得出。量子统计与经典统计的研究对象和研究方法相同，在量子统计中系综概念仍然适用。区别在于量子统计认为微观粒子的运动遵循量子力学规律而不是经典力学规律，微观运动状态具有不连续性，需用量子态而不是相宇来描述。
非平衡态统计物理内容广泛，是尚在迅速发展远未成熟的学科。对处于平衡态附近的系统，研究其趋于平衡的弛豫时间及其与温度的依赖关系；对离平衡不太远，维持温度差、浓度差、电势差等而经历各种输运过程的系统，研究其各种线性输运系数，另外，还研究涨落现象。弛豫、输运、涨落是平衡态附近的主要非平衡过程。
20世纪60年代以来，对远离平衡态的物理现象进行了广泛的研究，其中最重要的是远离平衡的突变，有序结构的出现，建立了耗散结构理论，但尚未形成完整的理论体系。
－－－－－－
平衡态
平衡态是指系统的这样一种状态，即在没有外界(指与系统有关的周围环境)影响的条件下，系统各部分的宏观性质长时间内不发生变化的状态。
这里所说的没有外界影响，是指系统与外界之间不通过作功或传热的方式交换能量，否则系统就不能达到并保持平衡态。
由于实际中并不存在完全不受外界影响，并且宏观性质绝对保持不变的系统，所以平衡态只是一个理想化的概念，它是在一定条件下对实际情况的抽象和概括。
在实际问题中，只要系统状态的变化很小而可以忽略时，就可以近似看成平衡态。
在外界环境条件不改变时，若热力学系统的状态不随时间而改变，系统中也不存在宏观的流动过程，则系统的此种状态称为平衡态。
这种平衡态是宏观平衡态，也称为热力学平衡态。
在这种状态，构成系统的大量分子仍在不停地做各种运动（物理的和化学的），不过不存在任何方向上的净的优势运动。
－－－－
非平衡态热力学
基本概念
平衡态热力学中基本的热力学势能为内能(U)，和其变体焓(H=U+PV)、亥姆霍兹自由能(A=U-TS)或吉布斯自由能(G=U+PV-TS)。但在非平衡态热力学里，熵(S)才是最重要的。不可逆转变被静熵生成所描绘。
非平衡态热力学被用来不是热力学平衡，但可以分成足够小的系统在还够大到可以就热力学应用在它身上的子系统的研究系统上。此一假设被称为局部平衡。在某些例子中，有一堆分离的系统经由一堆分离的接连来相互作用著。连续系统则由测量每单位体积的外延量(如密度)及认为内涵量有局部定义的值来研究；这表示所有的热力学变量都可以用场来表示。内涵量的不同或梯度被称为热力学作用力，且会导致外延量的流动。
当一开放系统被允许达到一隐定态时，它会安排地让它自己达到最小的总熵值。此一被伊利亚·普里高津和其他人所重视的原理允许我们使用变分原理来公式化隐定态非平衡态热力学。另一个有力的工具为昂萨格倒易关系，它表示在两个流动至其他的不同热力学作用力的反应之间有著某些对称。
－－
喜欢
0
赠金笔