Почему плотность является интенсивным свойством?

Я все еще пытаюсь понять, что такое интенсивные и экстенсивные свойства. Возможно, кто-то может указать на приличный текст (желательно в Интернете), так как я не слишком доволен (мягко говоря) тем, что я нашел до сих пор в Интернете. Я уже задавал здесь один вопрос по этому поводу , на который, наконец, сам себе и ответил .

Моя новая проблема (среди нескольких других) заключается в том, что плотность, по-видимому, является одним из первых свойств, взятых в качестве примера интенсивного свойства. Хотя это кажется хорошим приближением к тому, что я знаю о твердых телах и жидкостях, мне кажется, что это гораздо более проблематично с газом, поскольку они имеют тенденцию занимать все доступное пространство, которое вы им даете.

Но ни в одном из документов, которые я нашел, нет никаких ограничений относительно плотности газа. Мне кажется, что мое мнение (по-видимому, оспариваемое) о том, что скорость есть интенсивное свойство, может быть легче поддержать, чем интенсивность плотности в случае газа. Или, другими словами, я не понимаю, почему давление должно быть больше, чем объем , в то время как википедия указывает давление как интенсивное, но не как объем. Закон идеального газа гласит, что п В "=" н р Т , что, по-видимому, дает довольно симметричную роль п и В . А плотность зависит от давления (фактически по той же формуле и молекулярной массе).

Если бы не тот факт, что некоторые принципы, кажется, основаны на концепции, например, постулат состояния , который я нашел в Википедии, я бы начал задаваться вопросом, являются ли они реальными концепциями в физике.

Ответы (4)

Лучший способ понять природу интенсивных и экстенсивных величин в термодинамике таков: возьмите интересующую вас систему. Разделите его на две части (одну большую, а другую маленькую), например, с помощью перегородки. Затем просмотрите интересующее свойство двух образцов. Плотность двух частей будет такой же, как плотность всей системы, с которой мы начали; так обстоит дело с температурой, показателем преломления, которые также являются важными свойствами. Однако объемы порций и всей системы будут иметь разные значения; так обстоит дело с массой и энергией. Такие свойства являются экстенсивными свойствами.

Математически экстенсивное свойство представляет собой однородное уравнение первой степени по массе, молярным числам и т. д., а интенсивное свойство представляет собой однородное уравнение нулевой степени по массе, молярному числу и т. д.

С моей точки зрения, вы не совсем ответили на мой вопрос. Я не знаю, каков объем газа, скажем, одного моля кислорода. Не могли бы вы развить последнее предложение? Я не понимаю этого. Можно с примером. Что это за уравнения? - - - - Я чувствую, что упускаю важную концепцию, которая объясняет вещи.

Из закона идеального газа п В "=" н р Т мы можем разработать:

п В "=" м М р Т п М "=" м В р Т
и с тех пор м В "=" р где р плотность газа и М молярная масса, то имеем
п М "=" р р Т р "=" п М р Т
Таким образом, плотность зависит только от интенсивных свойств.

Докажем, что отношение интенсивных свойств также является интенсивным. Есть 3 свойства а , б , с которые относятся к а "=" б с Предполагать б и с интенсивный и а обширный, что приведет к а с "=" б Это противоречие, потому что LHS зависит от размера системы, а RHS уравнения — нет.

PS: Вы, кажется, смущены тем, что давление является интенсивным, если это правда, проверьте это и это .

Я использую следующие определения.

Экстенсивное количество пропорционально количеству компонентов в системе, к которой оно относится. Если вы удвоите количество компонентов системы (удвоив количество атомов, объем жидкости...), ее обширные количества тоже удвоятся.

Наоборот, интенсивное количество всегда в той или иной мере является количеством, которое можно выразить как нечто «на компонент».

Если вы удвоите размер, скажем, слона, вы умножите количество атомов на 8 = 2x2x2, но количество атомов на кубический метр (плотность) останется прежним. Число атомов является экстенсивной величиной, а плотность - интенсивной.

Это помогает?

Я знаю, что вы объяснили (все равно спасибо). Проблема в том, что для газа я не вижу необходимости изменять объем при удвоении числа молекул. Это просто удвоит плотность. У меня пока нет проблем с жидкостями.
Я улучшил вопрос, чтобы сделать это более ясным.
@babou - я понимаю твою точку зрения. Дело в том, что существует идея «репликации, сохраняющей все остальные свойства неизменными», когда вы увеличиваете экстенсивное количество. Если вы удвоите количество молекул газа в том же объеме, вы не можете считать, что копируете систему, не изменяя ничего другого. Очевидно, вы изменили еще одно свойство системы — плотность.
Именно, плотность и давление, которое связано.
Вот и все. На самом деле в интенсивном/экстенсивном нет ничего большего, чем это, даже если это может выглядеть наоборот!
Моя проблема в том, что я считаю, что определения и утверждения в точных науках должны быть точными. По крайней мере, когда они являются приблизительными или относительными, следует точно указать, в чем они заключаются, чтобы были известны ограничения или диапазон применимости. Отсюда мои 2 вопроса об интенсивности с небольшим успехом и предыдущий безуспешный вопрос о законе Паскаля , который был мотивирован абсурдным обоснованием принятого ответа . Это может вас развлечь.
Пожалуйста, не забудьте адресовать свои ответы @Babou, чтобы я был уведомлен.

Учитывать 10   к г вещества. Возьмите несколько к г вещества и измерить массовую плотность. Плотность такая же, как и раньше. Таким образом, мы можем сказать, что из приведенного выше объяснения плотность является интенсивным свойством.

Привет, Четан Нагосе, и добро пожаловать в Physics.SE! Это действительно комментарий, а не ответ. С немного большей репутацией вы сможете публиковать комментарии .
@gonenc Напротив, я думаю, что это действительно отвечает на вопрос.
@Дану, я бы посоветовал вам обоим прочитать вопрос. Если у вас есть 1 кг газа, и вы добавите к нему еще один, что вы получите? В два раза больше по объему, в два раза больше по плотности, что ли?
@babou Обратите внимание, что ответы на SE не должны напрямую обращаться к тому, кто задал вопрос. Другие могут все еще извлечь из этого пользу. Я думаю, что этот ответ касается вопроса (в заголовке).
@Danu Я полностью осознаю, что вопрос и ответы на него предназначены для всех, кто заинтересован. Но вопрос не в его названии. Название дает общий контекст, но его следует рассматривать с учетом дополнительных деталей, описанных в основной части. Я приложил некоторые усилия, чтобы объяснить причину этого вопроса и почему я считаю, что это проблема. Если кто-то не обращается к вопросам, точно затронутым в основной части вопроса, он просто не в теме. На некоторых сайтах SE на самом деле за это проголосовали. Возьмем 10 кг газа и выпустим часть его из баллона: оставшийся газ имеет меньшую плотность