Коротко: под состояниями совокупности понимают различные варианты внутреннего устройства и движения составляющих её тел или частиц. Состояния можно описывать по-разному: подробно — через положения и скорости всех частиц (микросостояния), или суммарно — через макроскопические величины (макросостояния).
-
Что такое состояние совокупности (в общем смысле):
- Это полный набор значений физических величин, которые однозначно характеризуют совокупность в данный момент (расположение, скорости, энергия и т.д.).
- Для макроскопического описания достаточно нескольких величин — например, объём, давление, температура для газа.
-
Микросостояние и макросостояние:
- Микросостояние — подробное описание: координаты и скорости (или импульсы) всех частиц.
- Макросостояние — описание через суммарные характеристики (энергия, объём, давление, число частиц, температура и т.п.).
- Один макросостояние обычно соответствует множеству микросостояний.
-
Пример для ясности (монеты):
- Возьмём две монеты. Все возможные подробные результаты (микросостояния): HH, HT, TH, TT — всего 4.
- Макросостояния по числу орлов: 2 орла (HH) — 1 микросостояние, 1 орёл (HT или TH) — 2 микросостояния, 0 орлов (TT) — 1 микросостояние.
- Более вероятно получить макросостояние «1 орёл», так как оно соответствует большему числу микросостояний.
-
Почему это важно:
- В статистической физике и термодинамике поведение всей совокупности выводят из вероятностей микросостояний.
- В равновесии обычно реализуется макросостояние, имеющее наибольшее число микросостояний (наиболее вероятное).
-
Вывод для школьного курса:
- Состояния совокупности — это способы, которыми устроены и движутся её частицы; различают детальные (микро-) и усреднённые (макро-) описания.
- Понимание этой разницы помогает объяснить явления вероятностного характера и поведение больших систем (например, газов).