Parametrii de bază ai stării sistemelor termodinamice. Parametrii termodinamici - care sunt aceștia? Parametrii de stare ai unui sistem termodinamic
Termodinamica este o știință care studiază fenomenele termice care apar în corpuri fără a le conecta la structura moleculară a materiei.
În termodinamică, se crede că toate procesele termice din corpuri sunt caracterizate numai de parametri macroscopici - presiunea, volumul și temperatura. Și întrucât acestea nu pot fi aplicate moleculelor sau atomilor luați separat, atunci, spre deosebire de teoria molecular-cinetică, în termodinamică structura moleculară a materiei în procesele termice nu este luată în considerare.
Toate conceptele de termodinamică sunt formulate ca o generalizare a faptelor observate în timpul experimentelor. Din această cauză, se numește teoria fenomenologică (descriptivă) a căldurii.
Sisteme termodinamice
Termodinamica descrie procesele termice din sistemele macroscopice. Astfel de sisteme constau dintr-un număr imens de particule - molecule și atomi și sunt numite termodinamice.
Sistem termodinamic poate fi luat în considerare orice obiect care poate fi văzut cu ochiul liber sau cu ajutorul unor microscoape, telescoape și alte instrumente optice. Principalul lucru este că dimensiunile sistemului în spațiu și timpul existenței sale fac posibilă măsurarea parametrilor săi - temperatura, presiunea, masa, compoziția chimică a elementelor etc., folosind dispozitive care nu reacționează la efectul molecule individuale (manometre, termometre etc.).
Pentru chimiști, un sistem termodinamic este un amestec de substanțe chimice care interacționează între ele într-o reacție chimică. Astrofizicienii vor numi un astfel de sistem corp ceresc. Amestecul de combustibil și aer într-un motor al mașinii, globul, corpul nostru, un stilou de scris, notebook, mașină-unealtă etc. sunt, de asemenea, sisteme termodinamice.
Fiecare sistem termodinamic este separat de mediu prin limite. Ele pot fi reale - pereți de sticlă ai unei eprubete cu o substanță chimică, corpul cilindrului într-un motor etc. Și pot fi, de asemenea, condiționate, atunci când, de exemplu, se studiază formarea unui nor în atmosferă.
Dacă un astfel de sistem nu schimbă energie sau materie cu mediul extern, atunci se numește izolat sau închis .
Dacă sistemul face schimb de energie cu mediul extern, dar nu schimbă materia, atunci se numește închis .
Sistem deschis schimbă atât energia, cât și materia cu mediul extern.
Echilibrul termodinamic
Acest concept a fost introdus și în termodinamică ca generalizare a rezultatelor experimentale.
Echilibrul termodinamic se numește o stare a sistemului în care toate cantitățile sale macroscopice - temperatura, presiunea, volumul și entropia - nu se schimbă în timp dacă sistemul este izolat. Orice sistem termodinamic închis poate intra spontan într-o astfel de stare dacă toți parametrii externi rămân constanți.
Cel mai simplu exemplu de sistem în echilibru termodinamic este un termos de ceai fierbinte. Temperatura din acesta este aceeași în orice punct al lichidului. Deși termosul poate fi numit un sistem izolat doar aproximativ.
Orice sistem termodinamic închis tinde spontan să intre în echilibru termodinamic dacă parametrii externi nu se modifică.
Proces termodinamic
Dacă cel puțin unul dintre parametrii macroscopici se schimbă, atunci se spune că apare sistemul proces termodinamic ... Un astfel de proces poate apărea dacă parametrii externi se schimbă sau sistemul începe să primească sau să transmită energie. Ca urmare, intră într-o stare diferită.
Luați în considerare exemplul de ceai într-un termos. Dacă punem o bucată de gheață în ceai și închidem termosul, atunci imediat va exista o diferență de temperatură în părți diferite lichide. Lichidul din termos va tinde să egalizeze temperaturile. Din zonele cu temperaturi mai ridicate, căldura va fi transferată în zonele cu temperaturi mai scăzute. Adică va avea loc un proces termodinamic. În cele din urmă, temperatura ceaiului din termos va fi din nou aceeași. Dar va diferi deja de temperatura inițială. Starea sistemului s-a schimbat pe măsură ce temperatura sa s-a schimbat.
Procesul termodinamic are loc atunci când nisipul încălzit pe plajă într-o zi fierbinte se răcește noaptea. Până dimineața, temperatura lui scade. Dar de îndată ce răsare soarele, procesul de încălzire va începe din nou.
Energie interna
Unul dintre conceptele principale ale termodinamicii - energie interna .
Toate corpurile macroscopice au energie internă, care este suma energiilor cinetice și potențiale ale tuturor particulelor (atomi și molecule) care alcătuiesc corpul. Aceste particule interacționează numai între ele și nu interacționează cu particulele din mediu. Energia internă depinde de energia cinetică și potențială a particulelor și nu depinde de poziția corpului în sine.
U \u003d E k + E p
Energia internă se schimbă odată cu temperatura. Teoria cinetică moleculară explică acest lucru printr-o schimbare a vitezei de mișcare a particulelor unei substanțe. Dacă temperatura corpului crește, atunci crește și viteza de mișcare a particulelor, distanța dintre ele devine mai mare. În consecință, energia lor cinetică și potențială crește. Când temperatura scade, are loc procesul opus.
Pentru termodinamică, nu cantitatea de energie internă este mai importantă, ci schimbarea acesteia. Și puteți schimba energia internă utilizând procesul de transfer de căldură sau efectuând lucrări mecanice.
Schimbarea energiei interne prin lucru mecanic
Benjamin Rumford
Energia internă a corpului poate fi modificată prin efectuarea de lucrări mecanice asupra acestuia. Dacă se lucrează asupra corpului, atunci energia mecanică este convertită în energie internă. Și dacă corpul face lucrarea, atunci energia sa internă se transformă în mecanică.
Aproape până la sfârșitul secolului al XIX-lea, se credea că există o substanță fără greutate - calorică, care transferă căldura din corp în corp. Cu cât curge mai multe calorii în corp, cu atât va fi mai cald și invers.
Cu toate acestea, în 1798, omul de știință anglo-american contele Benjamin Rumford a început să se îndoiască de teoria calorică. Motivul pentru aceasta a fost încălzirea butoaielor de tun în timpul forării. El a sugerat că motivul încălzirii este lucrul mecanic care are loc atunci când burghiul este frecat de butoi.
Și Rumford a făcut un experiment. Pentru a crește forța de frecare, au luat un burghiu bont, iar butoiul în sine a fost plasat într-un butoi de apă. Până la sfârșitul celei de-a treia ore de forare, apa din butoi a fiert. Acest lucru a însemnat că butoiul a primit căldură în timp ce făcea lucrări mecanice pe el.
Transfer de căldură
Transfer de căldură se numește procesul fizic de transfer al energiei termice (căldură) de la un corp la altul, fie prin contact direct, fie printr-o partiție despărțitoare. De obicei, căldura este transferată de la un corp mai cald la unul mai rece. Acest proces se încheie atunci când sistemul ajunge la o stare de echilibru termodinamic.
Se numește energia pe care un corp o primește sau o renunță în timpul transferului de căldură cantitatea de căldură .
Conform metodei transferului de căldură, transferul de căldură poate fi împărțit în 3 tipuri: conductivitate termică, convenție, radiații termice.
Conductivitate termică
Dacă există o diferență de temperatură între corpuri sau părți ale corpurilor, atunci va avea loc un proces de transfer de căldură între ele. Conductivitate termică se numește procesul de transfer al energiei interne de la un corp mai încălzit (sau o parte a acestuia) către un corp mai puțin încălzit (sau o parte a acestuia).
De exemplu, încălzind un capăt al unei bare de oțel la foc, după un timp vom simți că și celălalt capăt devine cald.
O tijă de sticlă, al cărei capăt este roșu, îl ținem ușor de celălalt capăt, fără opărire. Dar dacă încercăm să facem același experiment cu o bară de fier, nu vom reuși.
Diferite substanțe conduc căldura diferit. Fiecare dintre ele are ale sale coeficientul de conductivitate termică, sau conductivitate specifică, numeric egal cu cantitatea de căldură care trece printr-un eșantion de 1 m grosime cu o suprafață de 1 m 2 în 1 secundă. 1 K este luat ca unitate de temperatură.
Metalele conduc cel mai bine căldura. Folosim această proprietate a lor în viața de zi cu zi, pregătind mâncarea în oale sau tigăi metalice. Dar stilourile lor nu ar trebui să se încălzească. Prin urmare, sunt fabricate din materiale cu conductivitate termică slabă.
Conductivitatea termică a lichidelor este mai mică. Și gazele au o conductivitate termică slabă.
Blana animalelor, de asemenea, nu conduce căldura bine. Datorită acestui fapt, nu se supraîncălzesc pe vreme caldă și nu îngheță pe timp rece.
Convenţie
În convenție, căldura este transferată de jeturi și curenți de gaz sau lichid. Nu există o convenție în materie solidă.
Cum apare convenția într-un lichid? Când punem un fierbător de apă pe foc, stratul inferior de lichid se încălzește, densitatea acestuia scade, se mișcă în sus. Un strat de apă mai rece își ia locul. După ceva timp, se va încălzi și va schimba și locuri cu un strat mai rece. Etc.
Un proces similar are loc în gaze. Nu întâmplător radiatoarele sunt plasate în partea de jos a camerei. La urma urmei, aerul încălzit se ridică întotdeauna în partea superioară a camerei. Iar cel inferior, rece, dimpotrivă, coboară. Apoi se încălzește și crește din nou, iar stratul superior se răcește și cade în acest timp.
Convenția este naturală și obligatorie.
Convenția naturală se întâmplă în mod constant în atmosferă. Ca urmare, există mișcări constante ale maselor de aer cald în sus, iar cele reci în jos. Rezultatul este vântul, norii și alte fenomene naturale.
Când convenția naturală nu este suficientă, aplic o convenție coercitivă. De exemplu, fluxurile de aer cald sunt deplasate într-o cameră folosind palete de ventilator.
Radiații termice
Soarele încălzește pământul. În acest caz, nu are loc nici transferul de căldură, nici convenția. Deci, de ce se încălzesc corpurile?
Faptul este că soarele este o sursă de radiații termice.
Radiații termice - aceasta este radiatie electromagneticacare decurg din energia internă a corpului. Toate corpurile din jurul nostru emit energie termică. Poate fi radiație de lumină vizibilă. veioză, sau surse de raze ultraviolete, infraroșii sau gamma invizibile.
Dar corpurile fac mai mult decât radiază căldură. De asemenea, îl consumă. Unele într-o măsură mai mare, altele într-o măsură mai mică. Mai mult, corpurile întunecate se încălzesc și se răcesc mai repede decât cele deschise. Pe vreme caldă, încercăm să purtăm haine de culoare deschisă, deoarece absoarbe mai puțină căldură decât hainele de culoare închisă. Mașină culoare inchisa se încălzește la soare mult mai repede decât o mașină de culoare deschisă de lângă ea.
Această proprietate a substanțelor de a absorbi și emite căldură în diferite moduri este utilizată pentru a crea sisteme de viziune pe timp de noapte, sisteme de rachete, etc.
Introducere. 2
Termodinamica. Concept general. 3
Conceptul de sistem termodinamic .. 4
Tipuri de sisteme termodinamice .. 6
Procese termodinamice .. 7
Procese reversibile și ireversibile .. 7
Energia internă a sistemului .. 10
Principiul zero al termodinamicii .. 11
Prima lege a termodinamicii .. 12
A doua lege a termodinamicii .. 14
A treia lege a termodinamicii .. 16
Consecințe. 17
Inaccesibilitatea temperaturilor zero absolute. 17
Comportamentul coeficienților termodinamici. 17
Introducere
Întâlnim în mod constant nu numai mișcări mecanice, ci și fenomene termice care sunt asociate cu o schimbare a temperaturii corpului sau cu trecerea substanțelor într-o stare diferită de agregare - lichidă, gazoasă sau solidă.
Procesele termice sunt de o mare importanță pentru existența vieții pe Pământ, deoarece proteinele sunt capabile de activitate vitală numai într-un anumit interval de temperatură. Viața pe Pământ depinde de temperatura ambiantă.
Oamenii au obținut o relativă independență față de mediu după ce au învățat cum să facă foc. Acesta a fost unul dintre cele mai mari descoperiri în zorii omenirii.
Termodinamica este știința fenomenelor termice, care nu ține cont de structura moleculară a corpurilor. Legile termodinamicii și aplicarea lor vor fi discutate în acest eseu.
Termodinamica. Concept general
Începuturile termodinamicii sunt un set de postulate care stau la baza termodinamicii. Aceste prevederi au fost stabilite ca urmare a cercetărilor științifice și au fost dovedite experimental. Sunt acceptați ca postulate, astfel încât termodinamica să poată fi construită axiomatic.
Necesitatea principiilor termodinamicii este asociată cu faptul că termodinamica descrie parametrii macroscopici ai sistemelor fără presupuneri specifice cu privire la structura lor microscopică. Structura internă este tratată de fizica statistică.
Principiile termodinamicii sunt independente, adică niciunul dintre ele nu poate fi dedus din alte principii.
Lista începuturilor termodinamicii
· Prima lege a termodinamicii este legea conservării energiei, aplicată sistemelor termodinamice.
A doua lege a termodinamicii impune restricții asupra direcției procese termodinamice, interzicând transferul spontan de căldură de la corpurile mai puțin încălzite la cele mai încălzite. De asemenea, formulată ca legea entropiei crescânde.
· A treia lege a termodinamicii vorbește despre cum se comportă entropia în apropierea temperaturilor zero absolute.
· Principiul zero (sau general) al termodinamicii este numit uneori principiul conform căruia un sistem închis, indiferent de starea inițială, ajunge în cele din urmă la o stare de echilibru termodinamic și nu îl poate părăsi independent.
Conceptul de sistem termodinamic
Un sistem termodinamic este orice sistem fizic format dintr-un număr mare de particule-atomi și molecule, care efectuează o mișcare termică infinită și interacționează între ele, schimbă energii. Astfel de sisteme termodinamice și, în plus, cele mai simple, sunt gaze, ale căror molecule execută mișcare de translație și rotație aleatorie și schimbă energii cinetice în timpul coliziunilor. Substanțele solide și lichide sunt, de asemenea, sisteme termodinamice.
Moleculele de solide vibrează aleator în jurul pozițiilor lor de echilibru, schimbul de energie între molecule are loc datorită interacțiunii lor continue, în urma căreia deplasarea unei molecule din poziția sa de echilibru se reflectă imediat în locația și viteza de mișcare a moleculelor vecine . Deoarece energia medie a mișcării termice a moleculelor este legată de temperatură, temperatura este cea mai importantă cantitate fizică care caracterizează diferite stări ale sistemelor termodinamice. În plus față de temperatură, starea unor astfel de sisteme este determinată și de volumul pe care îl ocupă și de presiunea externă sau forțele externe care acționează asupra sistemului.
O proprietate importantă a sistemelor termodinamice este existența stărilor de echilibru în care acestea pot rămâne atât timp cât vor. Dacă se exercită o influență externă asupra unui sistem termodinamic într-una din stările de echilibru și apoi este oprită, atunci sistemul trece spontan într-o nouă stare de echilibru. Cu toate acestea, trebuie subliniat faptul că tendința de tranziție la o stare de echilibru acționează întotdeauna și continuu, chiar și în afara momentului în care sistemul este expus influențelor externe.
Această tendință sau, mai exact, existența constantă a proceselor care duc la realizarea unei stări de echilibru este cea mai importantă caracteristică sisteme termodinamice.
Stările unui sistem termodinamic izolat, care, în ciuda absenței influențelor externe, nu persistă pentru perioade de timp finite, se numesc neechilibru. Sistemul, care a fost inițial într-o stare de neechilibru, trece în timp într-o stare de echilibru. Timpul de tranziție de la o stare de neechilibru la o stare de echilibru se numește timp de relaxare. Trecerea inversă de la o stare de echilibru la o stare de neechilibru poate fi efectuată folosind influențe externe asupra sistemului.
În special, starea sistemului cu temperaturi diferite în diferite locuri este neechilibru, egalizarea t 0 în gaze, solide și lichide este trecerea acestor corpuri la o stare de echilibru cu același t 0 în volumul corp. Un alt exemplu de stare de neechilibru poate fi dat prin luarea în considerare a sistemelor bifazate constând dintr-un lichid și vaporii acestuia. Dacă există un vapor nesaturat deasupra suprafeței unui lichid într-un vas închis, atunci starea sistemului este neechilibrată: numărul de molecule care scapă din lichid pe unitate de timp este mai mare decât numărul de molecule care se întorc de la vapori la lichid în același timp. Ca urmare, în timp, numărul moleculelor în starea de vapori crește până când se stabilește o stare de echilibru.
Trecerea de la starea de echilibru la starea de echilibru are loc în majoritatea cazurilor în mod continuu, iar rata acestei tranziții poate fi reglată fără probleme prin intermediul unei influențe externe corespunzătoare, făcând procesul de relaxare fie foarte rapid, fie foarte lent. De exemplu, prin intermediul agitării mecanice, este posibil să se mărească semnificativ rata de egalizare a temperaturii în lichide sau gaze, prin răcirea lichidului, procesul de difuzie a substanței dizolvate în acesta poate fi făcut foarte lent.
Definiția 1
Un sistem termodinamic este un set și constanță de corpuri fizice macroscopice care interacționează întotdeauna între ele și cu alte elemente, schimbând energie cu ele.
În cadrul unui sistem în termodinamică, ele înseamnă de obicei forme fizice macroscopice, care constau dintr-un număr imens de particule, care nu implică utilizarea indicatorilor macroscopici pentru a descrie fiecare element individual. Nu există restricții certe în natura corpurilor materiale, care sunt componentele constitutive ale unor astfel de concepte. Ele pot fi reprezentate ca atomi, molecule, electroni, ioni și fotoni.
Sistemele termodinamice sunt de trei tipuri principale:
- izolat - schimbul cu materia sau energia cu mediul nu se realizează;
- închis - corpul nu este interconectat cu mediul;
- deschis - există atât schimb de energie cât și schimb de masă cu spațiul exterior.
Energia oricărui sistem termodinamic poate fi împărțită în energie care depinde de poziția și mișcarea sistemului, precum și de energie, care este determinată de mișcarea și interacțiunea microparticulelor care formează conceptul. A doua parte este numită în fizică energia internă a sistemului.
Caracteristicile sistemelor termodinamice
Figura 1. Tipuri de sisteme termodinamice. Author24 - schimb online de lucrări studențești
Observația 1
Orice obiect observat fără utilizarea de microscoape și telescoape poate fi citat ca fiind caracteristicile distinctive ale sistemelor în termodinamică.
Pentru a furniza o descriere completă a unui astfel de concept, este necesar să selectați detalii macroscopice prin intermediul cărora este posibil să se determine cu exactitate presiunea, volumul, temperatura, inducția magnetică, polarizarea electrică, compoziția chimică și masa componentelor în mișcare.
Pentru orice sistem termodinamic, există limite condiționale sau reale care le separă de mediu. În schimb, ei consideră adesea conceptul de termostat, care se caracterizează printr-o capacitate de căldură atât de mare încât, în cazul schimbului de căldură cu conceptul analizat, parametrul de temperatură rămâne neschimbat.
În funcție de natura generală a interacțiunii sistemului termodinamic cu mediul, se obișnuiește să distingem:
- specii izolate care nu schimbă nici materie, nici energie cu mediul extern;
- izolate adiabatic - sisteme care nu schimbă materia cu mediul extern, ci intră într-un schimb de energie;
- sisteme închise - cele care nu au un schimb cu materia, este permisă doar o ușoară modificare a valorii energiei interne;
- sisteme deschise - cele care se caracterizează prin transferul complet de energie, materie;
- parțial deschise - au partiții semi-permeabile, prin urmare nu participă pe deplin la schimbul de materiale.
În funcție de formulare, semnificațiile conceptului termodinamic pot fi împărțite în opțiuni simple și complexe.
Energia internă a sistemelor în termodinamică
Figura 2. Energia internă a unui sistem termodinamic. Author24 - schimb online de lucrări studențești
Observația 2
Principalii indicatori termodinamici, care depind în mod direct de masa sistemului, includ energia internă.
Include energia cinetică datorată mișcării particulelor elementare de materie, precum și energia potențială care apare în timpul interacțiunii moleculelor între ele. Acest parametru este întotdeauna lipsit de ambiguitate. Adică, sensul și realizarea energiei interne sunt constante de fiecare dată când conceptul se află în starea dorită, indiferent de metoda prin care a fost atinsă această poziție.
În sisteme, a căror compoziție chimică rămâne neschimbată în procesul de transformare a energiei, atunci când se determină energia internă, este important să se ia în considerare doar energia mișcării termice a particulelor materiale.
Un gaz ideal este un bun exemplu al unui astfel de sistem în termodinamică. Energia liberă este o anumită muncă pe care un corp fizic ar putea să o efectueze într-un proces reversibil izotermic, sau energia liberă este funcționalitatea maximă posibilă pe care o poate efectua un concept, având un aport semnificativ de energie internă. Energia internă a sistemului este echivalată cu suma tensiunii legate și libere.
Definiția 2
Energia legată este acea parte a energiei interne care nu este capabilă să se transforme în muncă pe cont propriu - este un element devalorizat al energiei interne.
La aceeași temperatură, acest parametru crește odată cu creșterea entropiei. Astfel, entropia unui sistem termodinamic este o măsură a furnizării energiei sale inițiale. Există, de asemenea, o definiție în termodinamică - pierderea de energie într-un sistem izolat stabil
Un proces reversibil este un proces termodinamic care poate trece rapid atât în \u200b\u200bdirecția opusă, cât și în direcția înainte, trecând prin aceleași poziții intermediare, iar conceptul revine în cele din urmă la starea sa inițială fără cheltuirea energiei interne și nu rămân modificări macroscopice în spațiul înconjurător.
Procesele reversibile oferă performanțe maxime. În practică, este imposibil să obții cel mai bun rezultat din sistem. Acest lucru conferă fenomenelor reversibile semnificație teoretică, care se desfășoară infinit încet și nu se poate aborda decât la distanțe scurte.
Definiție 3
Un proces ireversibil în știință se numește un proces care nu poate fi realizat în direcția opusă prin toate aceleași stări intermediare.
Toate fenomenele reale sunt ireversibile în orice caz. Exemple de astfel de efecte sunt difuzia termică, difuzia, fluxul vâscos și conductivitatea termică. Tranziția energiei cinetice și interne a mișcării macroscopice prin frecare constantă în căldură, adică în sistem în sine, este un proces ireversibil.
Variabile de stare ale sistemului
Starea oricărui sistem termodinamic poate fi determinată de combinația actuală a caracteristicilor sau proprietăților sale. Toate variabilele noi, care sunt pe deplin determinate doar într-un anumit moment și nu depind de modul exact în care conceptul a ajuns în această poziție, se numesc parametri termodinamici de stare sau funcții de bază ale spațiului.
Un sistem în termodinamică este considerat staționar dacă valorile variabile rămân stabile în timp și nu se modifică. Una dintre opțiunile pentru o stare de echilibru este echilibrul termodinamic. Orice modificare, chiar și cea mai nesemnificativă, a conceptului este deja un proces fizic, prin urmare poate conține de la una la mai multe variabile ale indicatorilor de stare. Secvența în care stările sistemului trec sistematic una în cealaltă se numește „calea procesului”.
Din păcate, confuzie cu termeni și descriere detaliata există încă, deoarece una și aceeași variabilă în termodinamică poate fi independentă și rezultatul adăugării mai multor funcții ale sistemului simultan. Prin urmare, termeni precum „parametru de stare”, „funcție de stare”, „variabilă de stare” pot fi uneori considerați sinonimi.
Pagina 1
Un sistem termodinamic, ca orice alt sistem fizic, are o anumită cantitate de energie, care este numită de obicei energia internă a sistemului.
Un sistem termodinamic se numește izolat dacă nu poate schimba energie sau materie cu mediul extern. Un exemplu de astfel de sistem este un gaz închis într-un vas cu volum constant. Un sistem termodinamic se numește adiabatic dacă nu poate face schimb de energie cu alte sisteme prin schimb de căldură.
Un sistem termodinamic este un set de corpuri care, într-un grad sau altul, pot face schimb de energie și materie între ele și mediul înconjurător.
Sistemele termodinamice sunt împărțite în închis, care nu schimbă materia cu alte sisteme și sunt deschise, schimbând materia și energia cu alte sisteme. În acele cazuri în care sistemul nu schimbă energie și materie cu alte sisteme, se numește izolat, iar atunci când nu există schimb de căldură, sistemul se numește adiabatic.
Sistemele termodinamice pot consta în amestecuri de substanțe pure. Un amestec (soluție) se numește omogen atunci când compoziția chimică și proprietățile fizice ale oricăror particule mici sunt aceleași sau se schimbă continuu de la un punct al sistemului la altul. Densitatea, presiunea și temperatura unui amestec omogen sunt identice în orice punct. Un exemplu de sistem omogen este un anumit volum de apă, a cărui compoziție chimică este aceeași, iar proprietățile fizice se schimbă de la un punct la altul.
Un sistem termodinamic cu un anumit raport cantitativ de componente se numește un singur sistem fizico-chimic.
Sistemele termodinamice (corpuri macroscopice), împreună cu energia mecanică E, au și energie internă U, care depinde de temperatură, volum, presiune și alți parametri termodinamici.
Un sistem termodinamic se numește neizolat sau neînchis, dacă poate primi sau emite căldură mediului și poate funcționa, iar mediul extern poate lucra pe sistem. Sistemul este izolat sau închis, dacă nu schimbă căldura cu mediul, iar schimbarea presiunii în interiorul sistemului nu afectează mediul și acesta din urmă nu poate funcționa pe sistem.
Sistemele termodinamice constau dintr-un număr statistic mare de particule.
Sistem termodinamic la anumite condiții externe (sau un sistem izolat) ajunge la o stare caracterizată prin constanța parametrilor săi în timp și absența fluxurilor de materie și căldură în sistem. Această stare a sistemului se numește echilibru sau stare de echilibru. Sistemul nu poate părăsi spontan această stare. Starea unui sistem în care nu există echilibru se numește neechilibru. Procesul de tranziție treptată a sistemului de la o stare de neechilibru cauzată de influențe externe la o stare de echilibru se numește relaxare, iar intervalul de timp pentru ca sistemul să revină la o stare de echilibru se numește timp de relaxare.
În acest caz, sistemul termodinamic efectuează lucrări de extindere prin reducerea energiei interne a sistemului.
Un sistem termodinamic este un obiect de studiu în termodinamică și este un set de corpuri care interacționează energetic între ele și cu mediul și schimbă materia cu acesta.
Un sistem termodinamic, lăsat în sine în condiții externe constante, ajunge la o stare de echilibru, caracterizată prin constanța tuturor parametrilor și absența mișcărilor macroscopice. Această stare a sistemului se numește starea de echilibru termodinamic.
Un sistem termodinamic se caracterizează printr-un număr finit de variabile independente - mărimi macroscopice, numite parametri termodinamici. Unul dintre parametrii macroscopici independenți ai unui sistem termodinamic, care îl deosebește de unul mecanic, este temperatura ca măsură a intensității mișcării termice. Temperatura corpului se poate modifica datorită schimbului de căldură cu mediul înconjurător și acțiunii surselor de căldură și ca urmare a procesului de deformare în sine. Relația dintre deformare și temperatură este stabilită utilizând termodinamica.
Sistem termodinamic - un set de corpuri macroscopice care pot interacționa între ele și cu alte corpuri (mediu extern) - schimbă energie și materie cu ele. Schimbul de energie și materie poate avea loc atât în \u200b\u200binteriorul sistemului între părțile sale, cât și între sistem și mediul extern. Depinzând de căi posibile izolând sistemul de mediul extern, există mai multe tipuri de sisteme termodinamice.
Sistem deschisnumit sistem termodinamic care poate face schimb de materie și energie cu mediul extern. Exemple tipice de astfel de sisteme sunt toate organismele vii, precum și lichidele, a căror masă este în continuă scădere datorită evaporării sau fierberii.
Sistem termodinamic numit închisdacă nu poate schimba energie sau materie cu mediul extern. Închisvom numi un sistem un sistem termodinamic izolat mecanic, adică incapabil să facă schimb de energie cu mediul extern făcând muncă. Un exemplu de astfel de sistem este un gaz închis într-un vas cu volum constant. Sistemul termodinamic se numește adiabaticdacă nu poate face schimb de energie cu alte sisteme prin schimb de căldură.
Parametri termodinamici (parametri de stare) se numesc mărimi fizice care servesc la caracterizarea stării unui sistem termodinamic.
Exemple de parametri termodinamici sunt presiunea, volumul, temperatura, concentrația. Există două tipuri de parametri termodinamici: extensiv și intens... Primele sunt proporționale cu cantitatea de materie dintr-un sistem termodinamic dat, în timp ce cele din urmă nu depind de cantitatea de materie din sistem. Cel mai simplu parametru extins este volumul V sisteme. Valoarea v, egal cu raportul dintre volumul sistemului și masa acestuia, se numește volumul specific al sistemului. Cei mai simpli parametri intensivi sunt presiunea r și temperatura T.
Presiunea este o cantitate fizică
unde dFn- modul de forță normală care acționează pe o zonă mică a suprafeței corpului
milostiv dS.
Dacă presiunea și volumul specific au un sens fizic clar și simplu, atunci conceptul de temperatură este mult mai complex și mai puțin evident. Rețineți mai întâi că conceptul de temperatură, strict vorbind, are sens numai pentru stările de echilibru ale sistemului.
Starea de echilibru a unui sistem termodinamic - starea sistemului, în care toți parametrii au anumite valori și în care sistemul poate rămâne atât timp cât este necesar. Temperatura din toate părțile sistemului termodinamic, care se află într-o stare de echilibru, este aceeași.
În timpul schimbului de căldură între două corpuri cu temperaturi diferite, căldura este transferată de la un corp cu o temperatură mai mare la un corp cu o temperatură mai scăzută. Acest proces se oprește atunci când temperaturile ambelor corpuri se egalizează.
Temperatura unui sistem în echilibru este o măsură a intensității mișcării termice a atomilor, moleculelor și a altor particule care alcătuiesc sistemul. Într-un sistem de particule descris de legile fizicii statistice clasice și într-o stare de echilibru, energia cinetică medie a mișcării termice a particulelor este direct proporțională cu temperatura termodinamică a sistemului. Prin urmare, se spune uneori că temperatura caracterizează gradul de încălzire al corpului.
La măsurarea temperaturii, care se poate face numai indirect, se folosește dependența de temperatura unei serii întregi proprietăți fizice corpuri care pot fi măsurate direct sau indirect. De exemplu, când temperatura unui corp se schimbă, lungimea și volumul acestuia, densitatea, proprietățile elastice, rezistența electrică etc. se schimbă. Modificarea oricăreia dintre aceste proprietăți stă la baza măsurătorilor de temperatură. Pentru aceasta, este necesar ca pentru un corp (selectat), numit corp termometric, să fie cunoscută dependența funcțională a acestei proprietăți de temperatură. Pentru măsurători practice de temperatură, se utilizează scale de temperatură, setate folosind corpuri termometrice. În scala internațională de temperatură centigradă, temperatura este exprimată în grade Celsius (° C) [A. Celsius (1701-1744) - om de știință suedez] și este desemnat t, și se presupune că la o presiune normală de 1,01325 × 105 Pa, punctul de topire al gheții și punctul de fierbere al apei sunt egale cu 0 și respectiv 100 ° C. Pe o scară de temperatură termodinamică, temperatura este exprimată în Kelvin (K) [W. Thomson, Lord Kelvin (1821-1907) - fizician englez], indicat T și se numește temperatură termodinamică. Relația dintre temperatura termodinamică T iar temperatura pe o scară centigradă are forma T = t + 273,15.
Temperatura T \u003d 0 K (scară centigradă t \u003d -273,15 ° C) se numește zero absolut temperatura sau zero pe scara temperaturii termodinamice.
Parametrii stării sistemului sunt împărțiți în extern și intern. Parametrii externisistemele se numesc mărimi fizice care depind de poziția în spațiu și proprietăți diferite (de exemplu, sarcini electrice) ale corpurilor care sunt externe acestui sistem. De exemplu, pentru gaz, acest parametru este volumul Vnave,
în care se află gazul, deoarece volumul depinde de amplasarea corpurilor externe - pereții vasului. Presiunea atmosferică este un parametru extern pentru un lichid într-un vas deschis. Parametrii internisistemele sunt numite mărimi fizice care depind atât de poziția corpurilor externe sistemului, cât și de coordonatele și viteza particulelor care formează sistemul dat. De exemplu, parametrii interni ai unui gaz sunt presiunea și energia acestuia, care depind de coordonatele și viteza moleculelor în mișcare și de densitatea gazului.
Sub proces termodinamic să înțeleagă orice modificare a stării sistemului termodinamic considerat, caracterizată printr-o modificare a parametrilor termodinamici ai acestuia. Procesul termodinamic se numește echilibrudacă în acest proces sistemul trece printr-o serie continuă de stări de echilibru termodinamic apropiate infinit. Procesele reale de schimbare a stării sistemului apar întotdeauna cu o viteză finită și, prin urmare, nu pot fi în echilibru. Este evident, totuși, că procesul real de schimbare a stării sistemului va fi cu cât este mai aproape de echilibru, cu atât este mai lent, prin urmare astfel de procese sunt numite cvasistatică.
Următoarele procese pot servi ca exemple ale celor mai simple procese termodinamice:
a) proces izoterm în care temperatura sistemului nu se modifică ( T \u003d const);
b) un proces izocoric care are loc la un volum constant al sistemului ( V \u003d const);
c) proces izobaric care are loc la presiune constantă în sistem ( p \u003d const);
d) un proces adiabatic care are loc fără schimb de căldură între sistem și mediul extern.