孤立系统

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在物理科学中,孤立系统是以下之一: 一个物理系统到目前为止与其他系统相距甚远,不与其他系统交互。 一个热力学系统,由刚性不可移动的壁封闭,质量和能量都不能通过。 尽管内部受制于自身引力,但通常认为孤立系统不受外部引力和其他远程力的影响。 这可以与(在热力学中更常用的术语中)所谓的封闭系统形成对比,封闭系统被选择性的壁包围,能量可以通过这些壁以热量或功的形式传递,但不能以物质的形式传递;以及一个开放...

孤立系统

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在物理科学中,孤立系统是以下之一:

  • 一个物理系统到目前为止与其他系统相距甚远,不与其他系统交互。
  • 一个热力学系统,由刚性不可移动的壁封闭,质量和能量都不能通过。

尽管内部受制于自身引力,但通常认为孤立系统不受外部引力和其他远程力的影响。

这可以与(在热力学中更常用的术语中)所谓的封闭系统形成对比,封闭系统被选择性的壁包围,能量可以通过这些壁以热量或功的形式传递,但不能以物质的形式传递; 以及一个开放的系统,物质和能量都可以进出,尽管它的部分边界可能有各种不透水的墙。

一个孤立的系统遵守守恒定律,即它的总能量质量保持不变。 大多数情况下,在热力学中,质量和能量被视为分别守恒。

由于封闭的要求和几乎无处不在的引力,在实验或自然界中实际上不会出现严格理想的隔离系统。 尽管非常有用,但它们完全是假设的。

经典热力学通常表现为假设孤立系统的存在。 它通常也表现为经验的成果。 显然,还没有关于理想隔离系统的经验报道。

然而,一些物理系统,包括孤立的系统,似乎确实达到了它们自己的内部热力学平衡状态,这是经验的结果。 经典热力学假定系统存在于其自身的内部热力学平衡状态。 这个假设是一个非常有用的理想化。

为了解释热力学操作后逐渐接近热力学平衡的想法,熵根据热力学第二定律增加,玻尔兹曼的 H 定理使用方程,假设系统(例如,气体)是孤立的 . 也就是说,可以指定所有机械自由度,将围墙简单地视为镜像边界条件。 这导致了洛施密特悖论。 然而,如果考虑分子的随机行为和真实封闭壁中的热辐射,则系统实际上处于热浴中。 那么玻尔兹曼的分子混沌假设就可以得到证明。

孤立系统的概念可以作为一个有用的模型来逼近许多现实世界的情况。 它是用于构建某些自然现象的数学模型的可接受的理想化; 例如,太阳系中的行星以及原子中的质子和电子通常被视为孤立的系统。 但是,有时,氢原子会与电磁辐射相互作用并进入激发态。

辐射隔离

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对于辐射隔离,墙壁应该是完全导电的,以便完美地反射空腔内的辐射,例如普朗克所想象的那样。

他正在考虑最初没有物质的空腔中热力学系统的内部热辐射平衡。 他没有提到他想象中围绕着他完美反射并因此完美导电的墙壁的是什么。 据推测,由于它们具有完美的反射性,因此它们将空腔与任何外部电磁效应隔离开来。 普朗克认为,为了在隔离空腔内实现辐射平衡,它需要在内部添加一点碳。

如果具有完美反射壁的空腔包含足够的辐射能量来维持宇宙量级的温度,那么就不需要碳斑点,因为辐射会产生物质粒子,例如电子-正电子对,从而达到热力学平衡。

孤立系统

Balian 采取了不同的方法。 为了量化空腔中的辐射,他想象他的辐射隔离壁是完全导电的。 虽然他没有提到外面的质量,而且从他的上下文来看,他似乎想让读者假设空腔的内部没有质量,但他确实想象了一些因素导致了壁中的电流。 如果该因素在腔体内部,则它可能只是辐射,因此会被完美反射。 然而,对于热平衡问题,他考虑了包含带电粒子的壁,这些带电粒子与空腔内的辐射相互作用; 这种空腔当然不是孤立的,但可以看作是在热浴中。

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