Термодинамична система- това е част от материалния свят, отделена от околната среда с реални или въображаеми граници и е обект на изследване на термодинамиката. Средата е много по-голяма по обем и следователно промените в нея са незначителни в сравнение с промяната в състоянието на системата. За разлика от механичните системи, които се състоят от едно или повече тела, термодинамичната система съдържа много голям брой частици, което поражда напълно нови свойства и изисква различни подходи за описание на състоянието и поведението на такива системи. Термодинамичната система е макроскопичен обект.

Класификация на термодинамичните системи

1. Състав

Термодинамичната система се състои от компоненти. Компонент - това е вещество, което може да бъде изолирано от системата и да съществува извън нея, т.е. компонентите са независими вещества.

Еднокомпонентен.

Двукомпонентен или бинарен.

Трикомпонентен - троен.

Многокомпонентен.

2. По фазов състав- хомогенни и разнородни

хомогенен системите имат едни и същи макроскопични свойства във всяка точка на системата, предимно температура, налягане, концентрация и много други, като индекс на пречупване, диелектрична проницаемост, кристална структура и т.н. Хомогенните системи се състоят от една фаза.

Фаза- това е хомогенна част от системата, отделена от другите фази чрез интерфейса и характеризираща се със собствено уравнение на състоянието. Фазата и агрегатното състояние са припокриващи се, но не и идентични понятия. Има само 4 агрегатни състояния, може да има много повече фази.

Разнороднисистемите се състоят от поне две фази.

3. По видове връзки с околната среда(според възможностите за обмен с околната среда).

ИзолиранСистемата не обменя енергия или материя с околната среда. Това е идеализирана система, която по принцип не може да бъде изследвана експериментално.

Затвореносистемата може да обменя енергия с околната среда, но не обменя материя.

отворенсистемата обменя както енергия, така и материя

Състояние на TDS

Състояние на TDSе съвкупността от всички негови измерими макроскопични свойства, които следователно имат количествен израз. Макроскопичният характер на свойствата означава, че те могат да бъдат приписани само на системата като цяло, а не на отделните частици, които съставляват TDS (T, p, V, c, U, n k). Количествените характеристики на държавата са взаимосвързани. Следователно има минимален набор от системни характеристики, т.нар параметри , чиято настройка позволява да се опишат напълно свойствата на системата. Броят на тези параметри зависи от вида на системата. В най-простия случай за затворена хомогенна газова система в равновесие е достатъчно да се зададат само 2 параметъра. За отворена система, в допълнение към тези 2 характеристики на системата, е необходимо да се посочи броят молове на всеки компонент.

Термодинамичните променливи се подразделят на:

- външен, които се определят от свойствата и координатите на системата в околната среда и зависят от контактите на системата с околната среда, например масата и броя на компонентите, напрегнатостта на електрическото поле, броят на тези променливи е ограничен;

- вътрешен, които характеризират свойствата на системата, например плътност, вътрешна енергия, броят на тези параметри е неограничен;

- обширен,които са право пропорционални на масата на системата или броя на частиците, например обем, енергия, ентропия, топлинен капацитет;

-интензивен, които не зависят от масата на системата, например температура, налягане.

Параметрите на TDS са свързани помежду си с релацията, която се нарича уравнение на състояниетосистеми. Общ изглед към него f(p, V , T)= 0. Една от най-важните задачи на FH е да намери уравнението на състоянието за всяка система. Досега точното уравнение на състоянието е известно само за идеалните газове (уравнението на Клапейрон-Менделеев).

pV = nRT, ( 1.1)

Където Р– универсална газова константа = 8,314 J/(mol.K) .

[p] \u003d Pa, 1 atm \u003d 1,013 * 10 5 Pa \u003d 760 mm Hg,

[V] = m 3, [T] = K, [n] = mol, N = 6,02 * 1023 mol-1. Реалните газове се описват само приблизително от това уравнение и колкото по-високо е налягането и по-ниска температурата, толкова по-голямо е отклонението от това уравнение на състоянието.

Разграничете равновесиеИ неравновесенсъстояние на TDS.

Класическата термодинамика обикновено се ограничава до разглеждане на равновесните състояния на близки двойни системи. Равновесие - това е състояние, до което TDS идва спонтанно и в което може да съществува неограничено време при липса на външни влияния. За определяне на равновесното състояние винаги е необходим по-малък брой параметри, отколкото за неравновесните системи.

Равновесното състояние се разделя на:

- устойчиви(стабилно) състояние, при което всяко безкрайно малко действие причинява само безкрайно малка промяна в състоянието и когато този ефект бъде елиминиран, системата се връща в първоначалното си състояние;

- метастабиленсъстояние, при което някои крайни влияния причиняват крайни промени в състоянието, които не изчезват, когато тези влияния бъдат елиминирани.

Промяна в състоянието на TDS, свързана с промяна в поне една от неговите термодинамични променливи, се нарича термодинамичен процес. Характеристика на описанието на термодинамичните процеси е, че те се характеризират не със скоростта на промяна на свойствата, а с големината на промените. Процесът в термодинамиката е последователност от състояния на системата, водещи от първоначалния набор от термодинамични параметри до крайния. Съществуват следните термодинамични процеси:

- спонтанен, за чието изпълнение не е необходимо да се изразходва енергия;

- неспонтанен, протичащи само с разхода на енергия;

- необратимо(или неравновесен) - когато в резултат на процеса е невъзможно системата да се върне в първоначалното й състояние.

-обратими са идеализирани процеси, които преминават напред и назад през едни и същи междинни състояния и след завършване на цикъла нито системата, нито средата се променят.

Държавни функцииса характеристиките на системата, които зависят само от параметрите на състоянието, но не зависят от метода за постигането му.

Държавните функции се характеризират със следните свойства:

Безкрайно малка промяна във функция fе пълен диференциал df;

Промяната на функцията при преминаване от състояние 1 към състояние 2 се определя само от тези състояния ∫ df \u003d f 2 - f 1

В резултат на всеки цикличен процес функцията на състоянието не се променя, т.е. е равно на нула.

Топлина и работа– начини за обмен на енергия между CDS и околната среда. Топлината и работата са характеристики на процес, те не са функции на състояние.

работа- форма на обмен на енергия на макроскопично ниво, когато има насочено движение на обекта. Работата се счита за положителна, ако се извършва от системата срещу външни сили.

Топлина- форма на енергиен обмен на микроскопично ниво, т.е. под формата на промяна в хаотичното движение на молекулите. Обичайно е топлината, получена от системата, и извършената върху нея работа да се считат за положителни, т.е. действа “егоистичният принцип”. .

Най-често използваните единици за енергия и работа, особено в термодинамиката, са SI джаул (J) и извънсистемната единица, калория (1 кал = 4,18 J).

В зависимост от естеството на обекта има различни видове работа:

1. Механични - движение на тялото

dA mech = - F ex dl.(2.1)

Работата е скаларно произведение на 2 вектора на сила и преместване, т.е.

|dА козина | = F dl cosα. Ако посоката на външната сила е противоположна на изместването на вътрешните сили, тогава cosα < 0.

2. Работа по разширяване (най-често считано за разширение на газ)

dА = - р dV (1.7)

Трябва обаче да се има предвид, че този израз е валиден само за обратим процес.

3. Електрически – движение на електрически заряди

dА el = -jdq,(2.2)

Където j-електрически потенциал.

4. повърхностен – промяна на площта,

dA повърхност = -sdS,(2.3)

Където с-повърхностно напрежение.

5. Общ израз за работа

dА = - Ydx,(2.4)

Y- обобщена сила, dx-обобщена координата, така че работата може да се разглежда като продукт на интензивен фактор и промяна на екстензивен.

6. Всички видове работи, с изключение на разширителните работи, се наричат полезен работа (dA'). dА = рdV + dА’ (2.5)

7. По аналогия можем да въведем понятието химически работи, когато се движи насочено кти химикал, нке екстензивно свойство, докато интензивният параметър m kнаречен химичен потенциал кто вещество

dA chem \u003d -Sm k dn k. (2.6)

ТЕРМОДИНАМИЧНА СИСТЕМА

ТЕРМОДИНАМИЧНА СИСТЕМА

Наборът от макроскопични телата, които могат да взаимодействат помежду си и с други тела (външна среда) - обменят енергия и материя с тях. Т. с. се състои от толкова голям брой структурни частици (атоми, молекули), че състоянието му може да се характеризира макроскопски. параметри: плътност, налягане, концентрация на v-in, образуване на T. s. и др.

ТЕРМОДИНАМИЧНО РАВНОВЕСИЕ), ако параметрите на системата не се променят във времето и в системата няма к.-л. стационарни потоци (топлинна, в-ва и др.). За равновесие Т. с. се въвежда понятието температура като параметър, който има еднаква стойност за всички макроскопични. части на системата. Броят на независимите параметри на състоянието е равен на броя на степените на свобода на T. s. Останалите параметри могат да бъдат изразени чрез независимите, като се използва уравнението на състоянието. Свещеният остров на равновесието T. s. изучава равновесни процеси (термостатика); Свети острови на неравновесни системи -.

В термодинамиката се разглеждат: затворени термодвойки, които не обменят материя с други системи, но обменят материя и енергия с други системи; адиабатна Т. с., в която отсъства с други системи; изолирани Т. с., които не обменят нито енергия, нито материя с други системи. Ако системата не е изолирана, тогава нейното състояние може да се промени; промяна в състоянието на T. s. Наречен термодинамичен процес. Т. с. могат да бъдат физически хомогенни (хомогенна система) и разнородни (хетерогенна система), състоящи се от няколко. хомогенни части с различни физ. св. ти. В резултат на фаза и хим. трансформации (вижте ФАЗОВ ПРЕХОД) хомогенна Т. s. могат да станат разнородни и обратно.

Физически енциклопедичен речник. - М.: Съветска енциклопедия. . 1983 .

ТЕРМОДИНАМИЧНА СИСТЕМА

Наборът от макроскопични телата, които могат да взаимодействат помежду си и с други тела (външна среда) - обменят енергия и материя с тях. Т. с. се състои от толкова голям брой структурни частици (атоми, молекули), че състоянието му може да се характеризира макроскопски. параметри: плътност, налягане, концентрация на вещества, които образуват Т. с. и др.

Т. с. в баланс (вж. термодинамично равновесие)ако параметрите на системата не се изменят във времето и няма к.-л. стационарни потоци (топлина, материя и др.). За равновесие Т. с. концепцията температуракак параметър на състоянието,с еднаква стойност за всички макроскопични. части на системата. Броят на независимите параметри на състоянието е равен на броя степени на свобода T. s., останалите параметри могат да бъдат изразени чрез използване на независими уравнения на състоянието.Свойства на равновесието T. s. проучвания термодинамикаравновесни процеси (термостатика), свойства на неравновесни системи - термодинамика на неравновесни процеси.

В термодинамиката се разглеждат: затворени топлинни системи, които не обменят вещество с други системи; отворени системиобмен на материя и енергия с други системи; адиабатни Т. с., при които няма топлообмен с други системи; изолирана Т. хомогенна система) и хетерогенна ( хетерогенна система)състоящ се от няколко еднородни части с различни физ. Имоти. В резултат на фаза и хим. трансформации (виж фазов преход) хомогенни Т. с. могат да станат разнородни и обратно.

Лит.: Epshtein P. S., Курс по термодинамика, прев. от англ., М.-Л., 1948; Леонтович М. А., Въведение в термодинамиката, 2 изд., М.-Л., 1951; Самойлович А, Г., Термодинамика i, 2 изд., М., 1955 г.

Физическа енциклопедия. В 5 тома. - М.: Съветска енциклопедия. Главен редактор А. М. Прохоров. 1988 .

Вижте какво е "ТЕРМОДИНАМИЧНА СИСТЕМА" в други речници:

Макроскопично тяло, изолирано от околната среда с помощта на прегради или черупки (те също могат да бъдат умствени, условни) и се характеризира с макроскопични параметри: обем, температура, налягане и др. За това ... ... Голям енциклопедичен речник

термодинамична система- термодинамична система; система Набор от тела, които могат енергийно да взаимодействат помежду си и с други тела и да обменят материя с тях ... Политехнически терминологичен тълковен речник

ТЕРМОДИНАМИЧНА СИСТЕМА- набор от физически тела, които могат да обменят енергия и материя помежду си и с други тела (външната среда). Т. с. е всяка система, състояща се от много голям брой молекули, атоми, електрони и други частици, които имат много ... ... Голяма политехническа енциклопедия

термодинамична система- Тяло (набор от тела), способно да обменя енергия и (или) материя с други тела (помежду си). [Сборник с препоръчителни термини. Брой 103. Термодинамика. Академия на науките на СССР. Комитет по научна и техническа терминология. 1984 ... Наръчник за технически преводач

термодинамична система- - произволно избрана част от пространството, съдържаща едно или повече вещества и отделена от външната среда с реална или условна обвивка. Обща химия: учебник / А. В. Жолнин ... Химически термини

термодинамична система- макроскопично тяло, отделено от околната среда с реални или въображаеми граници, което може да се характеризира с термодинамични параметри: обем, температура, налягане и др. Има изолирани, ... ... Енциклопедичен речник по металургия

Макроскопично тяло, изолирано от околната среда с помощта на прегради или черупки (те също могат да бъдат умствени, условни), което може да се характеризира с макроскопични параметри: обем, температура, налягане и др. За ... ... енциклопедичен речник

Термодинамика ... Уикипедия

термодинамична система- termodinaminė sistem statusas T sritis chemija apibrėžtis Kūnas (kūnų visuma), kurį nuo aplinkos skiria reali ar įsivaizduojama riba. атитикменис: англ. термодинамична система рус. термодинамична система... Chemijes terminų aiskinamasis žodynas

термодинамична система- termodinaminė sistem statusas T sritis fizika atitikmenys: англ. термодинамична система vok. термодинамична система, рус. термодинамична система, f пранц. système thermodynamique, m … Fizikos terminų žodynas

Термодинамиката е наука, която изучава топлинните явления, възникващи в телата, без да ги свързва с молекулярната структура на материята.

В термодинамиката се счита, че всички топлинни процеси в телата се характеризират само с макроскопични параметри- налягане, обем и температура. И тъй като те не могат да бъдат приложени към отделни молекули или атоми, тогава, за разлика от молекулярно-кинетичната теория, в термодинамиката не се взема предвид молекулярната структура на веществото в топлинните процеси.

Всички понятия на термодинамиката са формулирани като обобщение на фактите, наблюдавани в хода на експериментите. Поради това тя се нарича феноменологична (описателна) теория за топлината.

Термодинамични системи

Термодинамиката описва топлинните процеси, протичащи в макроскопични системи. Такива системи се състоят от огромен брой частици - молекули и атоми и се наричат ​​термодинамични.

термодинамична система може да се счита всеки обект, който може да се види с просто око или с помощта на микроскопи, телескопи и други оптични инструменти. Основното е, че размерите на системата в пространството и времето на нейното съществуване позволяват да се измерват нейните параметри - температура, налягане, маса, химичен състав на елементите и др., с помощта на инструменти, които не реагират на въздействието на отделни молекули (манометри, термометри и др.).

За химиците термодинамичната система е смес от химикали, взаимодействащи помежду си по време на химическа реакция. Астрофизиците ще нарекат такава система небесно тяло. Смес от гориво и въздух в автомобилен двигател, земното кълбо, нашето тяло, писалка, бележник, машина и др. също са термодинамични системи.

Всяка термодинамична система е отделена от околната среда с граници. Те могат да бъдат истински - стъклени стени на епруветка с химикал, тяло на цилиндър в двигател и др. И те могат да бъдат условни, когато например изследват образуването на облак в атмосферата.

Ако такава система не обменя нито енергия, нито материя с околната среда, тогава тя се нарича изолиран или затворен .

Ако системата обменя енергия с външната среда, но не обменя материя, тогава тя се нарича затворен .

отворена система обменя енергия и материя с околната среда.

Термодинамично равновесие

Това понятие се въвежда и в термодинамиката като обобщение на експериментални резултати.

Термодинамично равновесие нарича такова състояние на системата, при което всички нейни макроскопични величини - температура, налягане, обем и ентропия - не се променят във времето, ако системата е изолирана. Всяка затворена термодинамична система може спонтанно да премине в такова състояние, ако всички външни параметри останат постоянни.

Най-простият пример за система в термодинамично равновесие е термос с горещ чай. Температурата в него е еднаква във всяка точка на течността. Въпреки че термосът може да се нарече изолирана система само приблизително.

Всяка затворена термодинамична система спонтанно се стреми да премине в термодинамично равновесие, ако външните параметри не се променят.

Термодинамичен процес

Ако поне един от макроскопичните параметри се промени, тогава те казват, че системата е термодинамичен процес . Такъв процес може да възникне, ако външните параметри се променят или системата започне да получава или предава енергия. В резултат на това преминава в друго състояние.

Помислете за пример с чай в термос. Ако потопим парче лед в чая и затворим термоса, тогава веднага ще има разлика в температурите в различните части на течността. Течността в термоса ще се стреми да изравни температурите. От райони с по-висока температура, топлината ще се пренесе там, където температурата е по-ниска. Тоест ще настъпи термодинамичен процес. В крайна сметка температурата на чая в термоса отново ще стане същата. Но тя вече ще бъде различна от първоначалната температура. Състоянието на системата се е променило, защото нейната температура се е променила.

Термодинамичният процес възниква, когато пясъкът, нагрят на плажа в горещ ден, се охлажда през нощта. До сутринта температурата му спада. Но веднага щом слънцето изгрее, процесът на нагряване ще започне отново.

Вътрешна енергия

Една от основните концепции на термодинамиката е вътрешна енергия .

Всички макроскопични тела имат вътрешна енергия, която е сумата от кинетичната и потенциалната енергия на всички частици (атоми и молекули), които изграждат тялото. Тези частици взаимодействат само помежду си и не взаимодействат с частиците на околната среда. Вътрешната енергия зависи от кинетичната и потенциалната енергия на частиците и не зависи от положението на самото тяло.

U = E k + E p

Вътрешната енергия се променя с температурата. Молекулярно-кинетичната теория обяснява това с промяна на скоростта на движение на частиците на материята. Ако температурата на тялото се повиши, скоростта на движение на частиците се увеличава, разстоянието между тях става по-голямо. Следователно тяхната кинетична и потенциална енергия се увеличава. При понижаване на температурата протича обратният процес.

За термодинамиката не стойността на вътрешната енергия е по-важна, а нейното изменение. И можете да промените вътрешната енергия, като използвате процеса на пренос на топлина или чрез извършване на механична работа.

Промяна на вътрешната енергия чрез механична работа

Бенджамин Ръмфорд

Вътрешната енергия на тялото може да се промени чрез извършване на механична работа върху него. Ако се извършва работа върху тялото, тогава механичната енергия се превръща във вътрешна енергия. И ако работата се извършва от тялото, тогава неговата вътрешна енергия се превръща в механична енергия.

Почти до края на 19 век се е смятало, че съществува невесома субстанция - калорий, която пренася топлината от тяло на тяло. Колкото повече калории се вливат в тялото, толкова по-топло ще бъде и обратно.

Въпреки това през 1798 г. англо-американският учен граф Бенджамин Ръмфорд започва да се съмнява в теорията за калориите. Причината за това е нагряването на цевите на пистолета по време на сондиране. Той предположи, че причината за нагряването е механичната работа, която се извършва по време на триенето на свредлото върху цевта.

И Румфорд направи експеримент. За да увеличат силата на триене, те взеха тъпа тренировка, а самата цев беше поставена в цев с вода. До края на третия час от сондирането водата в цевта започна да кипи. Това означаваше, че цевта получава топлина, когато върху нея се извършва механична работа.

Пренос на топлина

пренос на топлина наречен физически процес на пренос на топлинна енергия (топлина) от едно тяло към друго, или чрез директен контакт, или чрез разделителна преграда. По правило топлината се предава от по-топло тяло към по-студено. Този процес завършва, когато системата достигне състояние на термодинамично равновесие.

Енергията, която тялото получава или отдава по време на пренос на топлина, се нарича количество топлина .

Според метода на пренос на топлина преносът на топлина може да бъде разделен на 3 вида: топлопроводимост, конвенция, топлинно излъчване.

Топлопроводимост

Ако има температурна разлика между тела или части от тела, тогава между тях ще възникне процес на топлообмен. топлопроводимост наречен процес на прехвърляне на вътрешна енергия от по-нагрято тяло (или част от него) към по-малко нагрято тяло (или част от него).

Например, нагрявайки единия край на стоманен прът на огън, след известно време ще усетим, че другият му край също се затопля.

Лесно хващаме стъклена пръчка, чийто един край е горещ, за другия край, без да се изгорим. Но ако се опитаме да направим същия експеримент с желязна пръчка, ще се провалим.

Различните вещества провеждат топлина по различен начин. Всеки от тях има своя собствена коефициент на топлопроводимост, или проводимост, числено равно на количеството топлина, което преминава през проба с дебелина 1 m, с площ от 1 m 2 за 1 секунда. За единица температура се приема 1 K.

Металите провеждат топлина най-добре. Това е тяхното свойство, което използваме в ежедневието, готвейки в метални тенджери или тигани. Но дръжките им не трябва да се нагорещяват. Следователно те са направени от материали с ниска топлопроводимост.

Топлопроводимостта на течностите е по-малка. А газовете имат лоша топлопроводимост.

Козината на животните също е лош проводник на топлина. Благодарение на това те не прегряват в горещо време и не замръзват в студено време.

конвенция

Според конвенцията топлината се пренася чрез струи и потоци от газ или течност. Няма конвенция в твърдите вещества.

Как възниква конвенция в течност? Когато поставим чайник с вода на огъня, долният слой на течността се загрява, плътността му намалява, тя се придвижва нагоре. Неговото място се заема от по-студен слой вода. След известно време той също ще се нагрее и също ще смени местата си с по-студен слой. и т.н.

Подобен процес протича в газовете. Неслучайно отоплителните батерии се поставят в долната част на стаята. В крайна сметка нагрятият въздух винаги се издига до горната част на стаята. А долната, студена, напротив, пада. След това също се загрява и отново се издига, докато горният слой през това време изстива и потъва.

Конвенцията е естествена и принудена.

В атмосферата непрекъснато се извършва естествена конвенция. В резултат на това има постоянни движения на топли въздушни маси нагоре и на студени - надолу. Резултатът е вятър, облаци и други природни явления.

Когато естествената конвенция не е достатъчна, използвам принудителна конвенция. Например топъл въздух тече в стая с помощта на лопатки на вентилатора.

топлинно излъчване

Слънцето нагрява земята. Няма пренос на топлина или конвенция. Така че защо телата се затоплят?

Факт е, че Слънцето е източник на топлинна радиация.

топлинно излъчване е електромагнитно излъчване, което възниква поради вътрешната енергия на тялото. Всички тела около нас излъчват топлинна енергия. Това може да бъде видима светлина от настолна лампа или източници на невидими ултравиолетови, инфрачервени или гама лъчи.

Но телата не само излъчват топлина. Те също го консумират. Някои в по-голяма, други в по-малка степен. Освен това тъмните тела се нагряват и охлаждат по-бързо от светлите. В горещо време се опитваме да носим светли дрехи, защото те абсорбират по-малко топлина от тъмните дрехи. Тъмна кола се нагрява на слънце много по-бързо от светла кола, стояща до нея.

Това свойство на веществата да поглъщат и излъчват топлина по различни начини се използва при създаването на системи за нощно виждане, системи за самонасочване на ракети и др.

Термодинамична система- съвкупност от макроскопични тела, които могат да взаимодействат помежду си и с други тела (външната среда) - обменят енергия и материя с тях. Обменът на енергия и материя може да се извърши както в самата система между нейните части, така и между системата и външната среда. В зависимост от възможните начини за изолиране на системата от външната среда се разграничават няколко вида термодинамични системи.

отворена системанаречена термодинамична система, която може да обменя материя и енергия с околната среда. Типични примери за такива системи са всички живи организми, както и течност, чиято маса непрекъснато намалява поради изпаряване или кипене.

Термодинамична системаНаречен затворенако не може да обменя нито енергия, нито материя с околната среда. Затвореносистема ще наричаме термодинамична система, изолирана механично, т.е. неспособни да обменят енергия с околната среда чрез извършване на работа. Пример за такава система е газ, затворен в съд с постоянен обем. Термодинамичната система се нарича адиабатенако не може да обменя енергия с други системи чрез топлообмен.

Термодинамични параметри (параметри на състоянието)наричани физични величини, които служат за характеризиране на състоянието на термодинамична система.

Примери за термодинамични параметри са налягане, обем, температура, концентрация. Има два вида термодинамични параметри: обширенИ интензивен. Първите са пропорционални на количеството материя в дадена термодинамична система, вторите не зависят от количеството материя в системата. Най-простият екстензивен параметър е обемът Vсистеми. стойността v, равен на отношението на обема на системата към нейната маса, се нарича специфичен обем на системата. Най-простите интензивни параметри са налягането Ри температура T.

Налягането е физическа величина

Където dFnе модулът на нормалната сила, действаща върху малка част от повърхността на тялото
резервен dS.

Ако налягането и специфичният обем имат ясно и просто физическо значение, тогава понятието температура е много по-сложно и по-малко очевидно. На първо място, отбелязваме, че понятието температура, строго погледнато, има смисъл само за равновесните състояния на системата.

Равновесно състояние на термодинамична система- състоянието на системата, в което всички параметри имат определени стойности и в което системата може да остане толкова дълго, колкото желаете. Температурата във всички части на една термодинамична система в равновесие е една и съща.

При топлообмен между две тела с различна температура топлината се предава от тяло с по-висока температура към тяло с по-ниска температура. Този процес спира, когато температурите на двете тела се изравнят.

Температурата на система в равновесно състояние служи като мярка за интензивността на топлинното движение на атомите, молекулите и другите частици, които образуват системата. В система от частици, описана от законите на класическата статистическа физика и в равновесие, средната кинетична енергия на топлинното движение на частиците е право пропорционална на термодинамичната температура на системата. Затова понякога се казва, че температурата характеризира степента на нагряване на тялото.

При измерване на температурата, което може да се направи само индиректно, се използва зависимостта от температурата на редица физични свойства на тялото, които могат да бъдат измерени пряко или косвено. Например при промяна на температурата на тялото се променят неговата дължина и обем, плътност, еластични свойства, електрическо съпротивление и др. Промяна в някое от тези свойства е основата за измерване на температурата. За това е необходимо за едно (избрано) тяло, наречено термометрично тяло, да е известна функционалната зависимост на това свойство от температурата. За практически измервания на температурата се използват температурни скали, установени с помощта на термометрични тела. В Международната температурна скала по Целзий температурата се изразява в градуси по Целзий (°C) [A. Целзий (1701-1744) - шведски учен] и се обозначава Tи се приема, че при нормално налягане от 1,01325 × 10 5 Pa точките на топене на леда и точките на кипене на водата са съответно 0 и 100 °C. В термодинамичната температурна скала температурата се изразява в Келвин (K) [W. Томсън, лорд Келвин (1821-1907) - английски физик], означ. Tи се нарича термодинамична температура. Връзка между термодинамичната температура Tи температурата по Целзиевата скала има формата T = T + 273,15.

температура T= 0 K (по скала по Целзий T\u003d -273,15 ° С) се нарича абсолютна нулатемпература или нула по термодинамичната температурна скала.

Параметрите на състоянието на системата се разделят на външни и вътрешни. Външни параметрисистеми се наричат ​​физически величини, които зависят от позицията в пространството и различни свойства (например електрически заряди) на телата, които са външни за дадената система. Например за газ този параметър е обемът Vсъд,
в който се намира газът, тъй като обемът зависи от разположението на външните тела - стените на съда. Атмосферното налягане е външен параметър за течност в отворен съд. Вътрешни параметрисистеми се наричат ​​физически величини, които зависят както от положението на телата, външни за системата, така и от координатите и скоростите на частиците, които образуват тази система. Например вътрешните параметри на газа са неговото налягане и енергия, които зависят от координатите и скоростите на движещите се молекули и от плътността на газа.

Под термодинамичен процесразбира всяка промяна в състоянието на разглежданата термодинамична система, характеризираща се с промяна в нейните термодинамични параметри. Термодинамичният процес се нарича равновесие, ако в този процес системата преминава през непрекъсната поредица от безкрайно близки термодинамично равновесни състояния. Реалните процеси на промяна на състоянието на системата винаги протичат с крайна скорост и следователно не могат да бъдат в равновесие. Очевидно е обаче, че реалният процес на промяна на състоянието на системата ще бъде колкото по-близо до равновесието, толкова по-бавно протича, затова такива процеси се наричат квазистатичен.

Следните процеси могат да служат като примери за най-простите термодинамични процеси:

а) изотермичен процес, при който температурата на системата не се променя ( T= const);

б) изохоричен процес, протичащ при постоянен обем на системата ( V= const);

в) изобарен процес, протичащ при постоянно налягане в системата ( стр= const);

г) адиабатен процес, протичащ без топлообмен между системата и околната среда.

Въведение. 2

Термодинамика. Обща концепция. 3

Концепцията за термодинамична система.. 4

Видове термодинамични системи.. 6

Термодинамични процеси.. 7

Обратими и необратими процеси.. 7

Вътрешна енергия на системата.. 10

Нулев старт на термодинамиката.. 11

Първият закон на термодинамиката.. 12

Втори закон на термодинамиката.. 14

Трети закон на термодинамиката.. 16

Последствия. 17

Недостижимост на абсолютните нулеви температури. 17

Поведение на термодинамичните коефициенти. 17

Въведение

Постоянно се сблъскваме не само с механично движение, но и с топлинни явления, които са свързани с промяна на телесната температура или преминаване на вещества в различно агрегатно състояние - течно, газообразно или твърдо.

Топлинните процеси са от голямо значение за съществуването на живот на Земята, тъй като протеинът е способен да живее само в определен температурен диапазон. Животът на Земята зависи от температурата на околната среда.

Хората са постигнали относителна независимост от околната среда, след като са се научили да правят огън. Това е едно от най-големите открития в зората на човечеството.

Термодинамиката е наука за топлинните явления, която не взема предвид молекулярната структура на телата. Законите на термодинамиката и тяхното приложение ще бъдат обсъдени в това есе.

Термодинамика. Обща концепция

Началото на термодинамиката е набор от постулати, които са в основата на термодинамиката. Тези положения са установени в резултат на научни изследвания и са доказани експериментално. Те се приемат като постулати, за да може термодинамиката да се конструира аксиоматично.

Необходимостта от принципите на термодинамиката е свързана с факта, че термодинамиката описва макроскопичните параметри на системите без конкретни предположения относно тяхната микроскопична структура. Статистическата физика се занимава с въпроси на вътрешната структура.

Законите на термодинамиката са независими, тоест нито един от тях не може да бъде извлечен от други принципи.

Списък на принципите на термодинамиката

· Първият закон на термодинамиката е законът за запазване на енергията, приложен към термодинамичните системи.

· Вторият закон на термодинамиката налага ограничения върху посоката на термодинамичните процеси, като забранява спонтанния пренос на топлина от по-слабо нагрети тела към по-нагрети. Също формулиран като закон за нарастваща ентропия.

· Третият закон на термодинамиката казва как се държи ентропията близо до абсолютната нула.

· Нулевото (или общото) начало на термодинамиката понякога се нарича принципът, според който една затворена система, независимо от първоначалното състояние, в крайна сметка достига до състояние на термодинамично равновесие и не може да го напусне сама.

Концепцията за термодинамична система

Термодинамична система е всяка физическа система, състояща се от голям брой частици - атоми и молекули, които извършват безкрайно топлинно движение и взаимодействат помежду си, обменят енергия. Такива термодинамични системи, освен това най-простите, са газове, чиито молекули извършват произволно транслационно и ротационно движение и обменят кинетична енергия по време на сблъсъци. Термодинамичните системи също са твърди и течни вещества.

Молекулите на твърдите тела правят произволни колебания около техните равновесни позиции, обменът на енергия между молекулите се осъществява поради тяхното непрекъснато взаимодействие, в резултат на което изместването на една молекула от нейното равновесно положение веднага се отразява в местоположението и скоростта на движение на съседните молекули. Тъй като средната енергия на топлинното движение на молекулите е свързана с температурата, температурата е най-важното физическо количество, характеризиращо различните състояния на термодинамичните системи. В допълнение към температурата, състоянието на такива системи се определя и от обема, който заемат, и от външното налягане или външните сили, действащи върху системата.

Важно свойство на термодинамичните системи е наличието на равновесни състояния, в които те могат да останат толкова дълго, колкото желаят. Ако една термодинамична система, която се намира в едно от равновесните състояния, бъде подложена на външно въздействие и след това прекратена, системата спонтанно преминава в ново равновесно състояние. Въпреки това, трябва да се подчертае, че тенденцията за преминаване към равновесно състояние е винаги и непрекъснато, дори и извън времето, когато системата е подложена на външни въздействия.

Тази тенденция или по-точно постоянното съществуване на процеси, водещи до постигане на равновесно състояние, е най-важната характеристика на термодинамичните системи.

Състоянията на изолирана термодинамична система, които въпреки липсата на външни влияния не се запазват за ограничени периоди от време, се наричат ​​неравновесни. Системата, първоначално в неравновесно състояние, в крайна сметка преминава в равновесно състояние. Времето за преход от неравновесно състояние към равновесно състояние се нарича време на релаксация. Обратният преход от равновесно състояние към неравновесно може да се осъществи с помощта на външни въздействия върху системата.

Неравновесието е по-специално състоянието на системата с различни температури на различни места, подравняването на t 0 в газове, твърди вещества и течности е преходът на тези тела към равновесно състояние със същия t 0 в обема на тялото. Друг пример за неравновесно състояние може да бъде даден чрез разглеждане на двуфазни системи, състоящи се от течност и нейните пари. Ако има ненаситена пара над повърхността на течност в затворен съд, тогава състоянието на системата е неравновесно: броят на молекулите, напускащи течността за единица време, е по-голям от броя на молекулите, които се връщат от парата към течността в по същото време. В резултат на това с течение на времето броят на молекулите в парообразно състояние се увеличава, докато се установи равновесно състояние.

Преходът от равновесие към равновесие в повечето случаи се случва непрекъснато и скоростта на този преход може да се контролира плавно чрез подходящо външно въздействие, което прави процеса на релаксация много бърз или много бавен. Така например механичното смесване може значително да увеличи скоростта на изравняване на температурата в течности или газове; чрез охлаждане на течност процесът на дифузия на разтворено в нея вещество може да се забави много.