نگاه اجمالیhttp://www.senatorha.com/forum/image.../2010/12/1.png
مطالعه هر شاخه خاصی از فیزیک با جدا کردن ناحیه محدودی از فضا یا قسمت محدودی از ماده از محیط آن آغاز می‌شود. قسمت برگزیده (البته در عالم خیال) که مورد توجه قرار می‌گیرد، سیستم و هرچه که در خارج آن قرار می‌گیرد و در نحوه رفتار آن نقش مستقیم دارد، محیط خوانده می‌شود. وقتی یک سیستم انتخاب شد، قدم‌بندی توصیف آن بر حسب کمیتهایی است که به رفتار سیستم یا برهمکنش‌های آن با محیط یا هر دو مربوط هستند. بطور کلی دو دیدگاه وجود دارد که پذیرفتنی است: دیدگاه ماکروسکوپیکی و دیدگاه میکروسکوپیکی.
تعاریف :
سیستم
وقتی در فیزیک مجموعه‌ای (جسم یا اجسام) را از بقیه جدا نموده و آن را مورد بررسی قرار می‌هیم، به آن دستگاه گفته می‌شود. بنابراین برای آنکه رفتار سیستم را مشخص کنیم، باید ببینیم که برهمکنش آن با محیطی چگونه است.
محیط
اشیا و اجسامی که در اطراف دستگاه وجود داشته و بر روی رفتار دستگاه موثر هستند، محیط نامیده می‌شود.
مثالهای واقعی سیستم و محیط
برای مثال ، سیستم می‌تواند یک توپ و محیط می‌تواند هوا و زمین باشد. در سقوط آزاد می‌خواهیم بدانیم که هوا و زمین چگونه بر حرکت توپ اثر می‌گذارند. گاز درون یک مخزن را می‌توان به عنوان سیستم و پیستون متحرک چراغ بونزن را به عنوان محیط در نظر گرفت.
ترمودینامیک
موضوع ترمودینامیک عبارت است از بررسی پدیده‌هایی که در آنها بین دستگاه و محیط مبادله انرژی به صورت مبادله کار و گرما صورت می‌گیرد. با توجه به تعریف موضوع ترمودینامیک می‌توان گفت دستگاه ترمودینامیکی مجموعه‌ای است n ذره‌ای که با محیط تنها مبادله کار و گرما انجام می‌دهند.
کمیتهای ماکروسکوپیکی
کمیتهای ماکروسکوپیکی ، کمیتهایی را گویند که بیان کننده حالت عمومی گاز (دستگاه) می‌باشند. به عنوان مثال ، حجم دستگاه و فشار دستگاه و چگالی دستگاه را می‌توان نام برد. این کمیتها به مشخصات کلی ، یا خواص بزرگ‌مقیاس سیستم مربوط می‌شوند و مبنای توصیف ماکروسکوپی سیستم را تشکیل می‌دهند. لذا این کمیتها مختصات ماکروسکوپیکی خوانده می‌شوند. البته کمیتهایی که برای توصیف ماکروسکوپیکی سایر سیستمها باید مشخص شوند، متفاوت‌اند، ولی مختصات ماکروسکوپیکی عموما دارای ویژگیهای مشترک زیر می‌باشند:
هیچ گونه فرض خاصی درباره ساختار ماده دربر ندارند.
تعداد آنها کم است.
آنها را کم و بیش مستقیما با حواس خود درمی‌یابیم.
عموما می‌توان آنها را مستقیما اندازه گرفت.
بطور خلاصه ، توصیف ماکروسکوپیکی یک سیستم عبارت است از مشخص کردن چند ویژگی اساسی قابل اندازه گیری آن سیستم.
کمیتهای میکروسکوپیکی
کمیتهای میکروسکوپیکی ، کمیتهایی را گویند که بیان کننده وضعیت حالت تک تک ذره دستگاه می‌باشند. مثلا می‌توان سرعت یک ذره ، نیروی وارد بر یک ذره ، انرژی جنبشی ذره را نام برد. از نظر مکانیک آماری یک سیستم متشکل است از تعداد بسیار زیادی مولکول (N) که هر کدام از این مولکولها می‌تواند در مجموعه‌ای از حالتهایی که انرژی آنها مساوی و و ... است، قرار گیرد. فرض بر این است که مولکولها در اثر برخورد یا توسط نیروهایی که بوسیله میدان ایجاد شده‌اند، با یکدیگر برهمکنش می‌کنند.
سیستم مولکولها را می‌توان به صورت منزوی در نظر گرفت و یا در بعضی موارد ، می‌توان فرض کرد که مجموعه‌ای از سیستمهای مشابه ، یا مجتمعی از سیستمها آن را در برگرفته‌اند. مفاهیم احتمالاتی بکار گرفته می‌شوند و فرض می‌شود که حالت تعادل سیستم ، حالتی است که احتمال آن بیشینه است. مسئله اساسی این است که تعداد مولکولها در هر یک از حالتهای انرژی مولکولی را (که به جمعیت موسوم‌اند) را به هنگام حصول تعادل بدانیم. توصیف میکروسکوپیکی یک سیستم دارای ویژگیهای زیر می‌باشد:
فرضهایی درباره ساختار ماده ، مثلا وجود مولکولها ، می‌شود.
کمیتهای زیادی باید مشخص شوند.
کمیتهای مشخص شده توسط حواس ما دریافت نمی‌شود.
این کمیتها را نمی‌توان اندازه گرفت.
مقایسه دیدگاههای ماکروسکوپیکی و میکروسکوپیکی
اگر چه ممکن است این طور به نظر برسد که این دو دیدگاه بسیار متفاوت و با یکدیگر ناسازگارند، لکن رابطه‌ای بین آنها موجود است. وقتی که هر دو دیدگاه در مورد یک سیستم بکار روند، باید نتیجه یکسانی بدست دهند. رابطه بین این دو دیدگاه در این واقعیت نهفته است که ویژگیهای متعددی که مستقیما قابل اندازه گیری هستند و مشخص کردن آنها همان توصیف ماکروسکوپیکی سیستم است، در داخل میانگین‌های زمانی تعداد زیادی از مشخصه‌های میکروسکوپیکی در یک مدت زمان هستند. مثلا کمیت ماکروسکوپیکی فشار عبارت است از میانگین آهنگ تغییرات اندازه حرکت ناشی از تمام برخوردهای مولکولی در واحد مساحت. با وجد این فشار خاصیتی است که به وسیله حواس قابل درک است. ما آثار فشار را احساس می‌کنیم. فشار خیلی پیش از اینکه نیز فیزیکدانها دلیلی بر وجود برخوردهای مولکولی داشته باشند، مورد تجربه و اندازه گیری و استفاده قرار گرفته بود.
تفاوت دیدگاه ماکروسکوپیکی و میکروسکوپیکی
اگر نظریه مولکولی تغییر کند، مفهوم فشار کماکان باقی می‌ماند و همان معنی معمولی خود را نزد انسانها خواهد داشت. در اینجا یک وجه تمایز مهم بین دیدگاههای ماکروسکوپیکی و میکروسکوپیکی وجود دارد. ویژگیهای ماکروسکوپیکی محدودی که قبل اندازه گیری هستند، به اندازه حواس آدمی قابل اطمینان خواهند ماند. اما دیدگاه میکروسکوپیکی خیلی از حواس ما فراتر می‌رود. این دیدگاه وجود مولکولها ، حرکت ، حالتهای انرژی ، برهمکنش‌های آنها و غیره را اصل قرار می‌دهد. دیدگاه میکروسکوپیکی دائما در حال تغییر است و ما هرگز نمی‌توانیم از موجه بودن این اصول مطمئن باشیم، مگر اینکه قبلا برخی از نتایجی را که مبتنی بر آنها هستند با نتایج مشابهی مبتنی بر دیدگاه ماکروسکوپیکی مقایسه کرده باشیم.
