Termodinamicheskoe ravnovesie (teplovoe, ili statisticheskoe, ravnovesie)

Pri T.r. ustanavlivaetsya detal'nyi balans - lyuboi elementarnyi process v sisteme okazyvaetsya uravnoveshennym sootvetstvuyushim obratnym processom. Esli, napr., za ed. vremeni v nek-rom makroskopich. elemente ob'ema sredy (gaza) N atomov (ionov, molekul) perehodit iz nachal'nogo energetich. sostoyaniya i v sostoyanie k v rezul'tate poglosheniya fotona ili soudareniya s k.-l. chasticei, to pri T.r. v tom zhe ob'eme za to zhe vremya proizoidet stol'ko zhe perehodov iz sostoyaniya k v sostoyanie i s izlucheniem fotonov takoi zhe energii ili s ravnoznachnym umen'sheniem kinetich. energii sistemy. Detal'nyi balans imeet mesto dlya processov, izmenyayushih kinetich. energiyu i napravlenie dvizheniya elementarnyh chastic, atomov, ionov, molekul, sostoyanie ih vozbuzhdeniya, dlya processov ionizacii i rekombinacii, dissociacii i obrazovaniya molekul i t.d. V sostoyanii T.r. parametry sistemy ne menyayutsya so vremenem (strogo govorya, te iz parametrov, k-rye ne fiksiruyut zadannye usloviya sushestvovaniya sistemy, mogut ispytyvat' fluktuacii - malye kolebaniya okolo svoih sr. znachenii).

Iz detal'nogo balansa processov sleduet, chto pri T.r. realizuetsya: Maksvella raspredelenie chastic po skorostyam, Bol'cmana raspredelenie chastic po energiyam, Saha formula dlya stepeni ionizacii atomov i molekul, zakon deistvuyushih mass dlya him. ravnovesiya, Planka zakon izlucheniya, Kirhgofa zakon izlucheniya, Stefana-Bol'cmana zakon izlucheniya i t.d. Prichem temp-ry T, vhodyashie v f-ly, opisyvayushie eti zakony i raspredeleniya, odinakovy vo vseh ravnovesnoi sistemy i dlya vseh sortov chastic, t.e. mozhno govorit' prosto o temperature sistemy.

Termodinamicheski ravnovesnoe pole izlucheniya mozhno poluchit' vnutri zamknutoi polosti s teploizoliruyushimi stenkami (sm. Absolyutno chernoe telo). Vnutri takoi polosti fotony raspredeleny odnorodno i izotropno, intensivnost' izlucheniya poredelyaetsya formuloi Planka , a potok izlucheniya strogo raven nulyu. Odnako esli v stenke polosti imeetsya otverstie dostatochno maloe, chtoby prakticheski ne narushat' ravnovesiya vnutri polosti, to spektr. plotnost' potoka izlucheniya (kolichestvo energii, prihodyashii cherez edinicu ploshadi za edinicu vremeni v edinichnom intervale chastot) cherez takoe maloe otverstie ravna .

Vo Vselennoi v celom uslovie, blizkoe k T.r., realizovalis' lish' na rannih etapah ee evolyucii, do epohi rekombinacii (sm. Kosmologiya). V zvezdah T.r., voobshe govorya, otsutstvuet, t.k. vsyakaya zvezda izluchaet s poverhnosti nekotoroe kolichestvo el.-magn. energii, voznikayushei v ee nedrah vsledstvie termoyadernyh reakcii. Sushestvuyushii v zvezdah potok energii naruzhu, a znachit, i gradient (perepad) temp-ry mezhdu vnutrennimi i naruzhnymi chastyami ne sovmestimy s T.r.

Primenitel'no k zvezdam, a inogda i k drugim astronomich. ob'ektam ispol'zuetsya predpolozhenie o lokal'nom T.r., soglasno k-romu temp-ra v raznyh elementah ob'ema sredy raznaya, sushestvuet potok izlucheniya naruzhu (pole izlucheniya neizotropno), no v kazhdom elemente ob'ema sredy spravedlivo raspredeleniya Maksvella i Bol'cmana, f-la Saha, zakon izlucheniya Kirhgofa, prichem vo vseh iz nih dlya dannogo ob'ema vhodit odno i to zhe lokal'noe (mestnoe) znachenie temp-ry, odinakovoe dlya vseh sortov chastic.

Lokal'noe T.r. horosho vypolnyaetsya v nedrah zvezd, v sloyah s opticheskoi tolshei na vseh chastotah, na k-ryh svetit zvezda, i menee opravdano dlya vneshnih sloev zvezdy (v fotosfere). Tem ne menee, poskol'ku predpolozhenie o lokal'nom T.r. ochen' sil'no oblegchaet raschet modelei atmosfer zvezd, ego chasto ispol'zuyut pri raschete radial'nogo raspredeleniya temp-ry i harakteristik nepreryvnogo spektra zvezd (t.n. LTE-modeli). Pri otkaze ot etogo redpolozheniya (v t.n. NLTE-modelyah) prihoditsya nahodit' sovmestnye resheniya ur-nii perenosa izlucheniya, statisticheskogo ravnovesiya (naselennosti urovnei ionizacionnogo ravnovesiya dlya bol'shogo chisla ionov him. elementov) i gidrostaticheskogo ravnovesiya v zvezdah so stacionarnymi atmosferami, a v sluchae nestacionarnyh atmosfer - uravnenii gidrodinamiki. Sovmestnoe reshenie etih uravnenii - zadacha ochen' trudnaya, trebuyushaya primeneniya bystrodeistvuyushih EVM. Kak sleduet iz sravneniya LTE- i NLTE-modelei atmosfer, gipoteza lokal'nogo T.r. pozvolyaet v bol'shinstve sluchaev kachestvenno, a chasto i s neplohoi tochnost'yu kolichestvenno opisat' nepreryvnyi spektr vyhodyashego iz zvezdy izlucheniya i rapredeleniya osn. fiz. velichin s glubinoi v atmosferah zvezd. Osnovaniem dlya primeneniya gipotezy lokal'nogo T.r k zvezdnym atmosferam sluzhit to obstoyatel'stvo, chto izluchenie, pogloshaemoe elementarnym ob'emom atmosfery, v sil'noi stepeni pererabatyvaetsya prezhde, chem pokidaet ego. Kak izvestno iz termodinamiki, takaya pererabotka idet v napravlenii ustanovleniya T.r.

Lokal'noe T.r. yavlyaetsya zoroshim priblizheniem k real'nosti dlya vseh astrofizicheskih ob'ektov ili ih chastei, gde sreda okazyvaetsya opticheski tolstoi na vseh chastotah, na k-ryh ob'ekt izluchaet. Primerami takih ob'ektov mogut sluzhit' protozvezdy i protoplanety na pozdnih stadiyah evolyucii, kogdaplotnost' gaza stanovitsya znachitel'noi.

V mezhzvezdnom gaze i tumannostyah, v gazovyh obolochkah aktivnyh yader galaktik uslovie, kak pravilo, ochen' daleki ot T.r., i iz termodinamicheskih ravnovesnyh sootnoshenii dlya nih obychno mozhno ispol'zovat' lish' maksvellovskoe raspredelenie chastic po skorostyam. Dlya rascheta temp-ry, ionizacii, spektra izlucheniya v etih sluchayah neobhodimo reshit' uravneniya statistich. ravnovesiya. Tipichnymi primerami otsutstviya T.r. yavl. usloviya, gospodstvuyushie v solnechnoi korone i v planetarnyh tumannostyah. V pervom sluchae temp-ra izlucheniya opredelyaetsya temp-roi fotosfery ( 6000 K), togda kak elektronnaya temperatura, opredelyaemaya raspredeleniem elektronov po skorostyam, dostigaet K. V planetarnyh tumannostyah gospodstvuyut sovershenno drugie usloviya: temp-ra izlucheniya opredelyaetsya temp-roi central'noi goryachei zvezdy (yadra) K, elektronnaya zhe temp-ra sostavlyaet vsego 5-10 tys. K.

Lit.:
Landau L.D., Lifshic E.M., Statisticheskaya fizika, ch. 1, 3 izd., M., 1976; Mihalas D., Zvezdnye atmosfery, ch. 1-2, per. s angl., M., 1982.

(N.G. Bochkarev)