Termodynamický systém- je to časť hmotného sveta, oddelená od prostredia reálnymi alebo imaginárnymi hranicami a je predmetom štúdia termodynamiky. Prostredie je objemovo oveľa väčšie, a preto sú zmeny v ňom nepodstatné v porovnaní so zmenou stavu systému. Na rozdiel od mechanických systémov, ktoré pozostávajú z jedného alebo viacerých telies, termodynamický systém obsahuje veľmi veľké množstvo častíc, čo dáva vznik úplne novým vlastnostiam a vyžaduje si rôzne prístupy k popisu stavu a správania takýchto systémov. Termodynamický systém je makroskopický objekt.

Klasifikácia termodynamických systémov

1. Zloženie

Termodynamický systém pozostáva z komponentov. Komponent - ide o látku, ktorá môže byť izolovaná zo systému a existuje mimo neho, t.j. zložky sú nezávislé látky.

Jednozložkový.

Dvojzložkový alebo binárny.

Trojzložkový - trojitý.

Viaczložkový.

2. Podľa fázového zloženia- homogénny a heterogénny

homogénne systémy majú rovnaké makroskopické vlastnosti v ktoromkoľvek bode systému, predovšetkým teplota, tlak, koncentrácia a mnohé iné, ako index lomu, permitivita, kryštálová štruktúra atď. Homogénne systémy pozostávajú z jednej fázy.

Fáza- ide o homogénnu časť systému, oddelenú od ostatných fáz rozhraním a charakterizovanú vlastnou stavovou rovnicou. Fáza a stav agregácie sa prekrývajú, ale nie sú totožné. Existujú len 4 stavy agregácie, fáz môže byť oveľa viac.

Heterogénne systémy pozostávajú najmenej z dvoch fáz.

3. Podľa typov spojení s prostredím(podľa možností výmeny s okolím).

Izolovaný Systém si nevymieňa energiu ani hmotu s okolím. Ide o idealizovaný systém, ktorý v zásade nie je možné experimentálne študovať.

ZATVORENÉ systém si môže vymieňať energiu s okolím, ale nevymieňa hmotu.

OTVORENÉ systém vymieňa energiu aj hmotu

Stav TDS

Stav TDS je súhrn všetkých jeho merateľných makroskopických vlastností, ktoré majú teda kvantitatívne vyjadrenie. Makroskopický charakter vlastností znamená, že ich možno pripísať iba systému ako celku, a nie jednotlivým časticiam, ktoré tvoria TDS (T, p, V, c, U, n k). Kvantitatívne charakteristiky štátu sú vzájomne prepojené. Preto existuje minimálny súbor charakteristík systému, tzv parametre , ktorého nastavenie umožňuje úplne opísať vlastnosti systému. Počet týchto parametrov závisí od typu systému. V najjednoduchšom prípade pre uzavretý homogénny plynový systém v rovnováhe stačí zadať len 2 parametre. Pre otvorený systém je okrem týchto 2 charakteristík systému potrebné špecifikovať počet mólov každej zložky.

Termodynamické premenné sa delia na:

- externé, ktoré sú určené vlastnosťami a súradnicami systému v prostredí a závisia od kontaktov systému s okolím, napríklad hmotnosť a počet komponentov, sila elektrického poľa, počet takýchto premenných je obmedzený ;

- interný, ktoré charakterizujú vlastnosti systému, napríklad hustotu, vnútornú energiu, počet takýchto parametrov je neobmedzený;

- rozsiahly, ktoré sú priamo úmerné hmotnosti systému alebo počtu častíc, napríklad objem, energia, entropia, tepelná kapacita;

-intenzívne, ktoré nezávisia od hmotnosti systému, napríklad od teploty, tlaku.

Parametre TDS sú vzájomne prepojené vzťahom, ktorý je tzv stavová rovnica systémov. Celkový pohľad na to f(p, V , T)= 0. Jednou z najdôležitejších úloh FH je nájsť stavovú rovnicu pre ľubovoľný systém. Zatiaľ je presná stavová rovnica známa len pre ideálne plyny (Clapeyron-Mendelejevova rovnica).

pV = nRT, ( 1.1)

kde R– univerzálna plynová konštanta = 8,314 J/(mol.K) .

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

[V] \u003d m3, [T] \u003d K, [n] \u003d mol, N \u003d 6,02 * 1023 mol-1. Reálne plyny sú touto rovnicou opísané len približne a čím vyšší je tlak a nižšia teplota, tým väčšia je odchýlka od tejto stavovej rovnice.

Rozlišovať rovnováha a nerovnovážne stavu TDS.

Klasická termodynamika sa zvyčajne obmedzuje na uvažovanie o rovnovážnych stavoch blízkych binárnych systémov. Rovnováha - to je stav, do ktorého TDS spontánne prichádza, a v ktorom môže existovať neobmedzene dlho bez vonkajších vplyvov. Na určenie rovnovážneho stavu je vždy potrebný menší počet parametrov ako pre nerovnovážne systémy.

Rovnovážny stav sa delí na:

- udržateľný(stabilný) stav, v ktorom každá nekonečne malá akcia spôsobí len nekonečne malú zmenu stavu a keď sa tento efekt odstráni, systém sa vráti do pôvodného stavu;

- metastabilný stav, v ktorom niektoré konečné vplyvy spôsobujú konečné zmeny stavu, ktoré po odstránení týchto vplyvov nezmiznú.

Zmena stavu TDS spojená so zmenou aspoň jednej z jeho termodynamických premenných sa nazýva termodynamický proces. Charakteristickým znakom opisu termodynamických procesov je, že nie sú charakterizované rýchlosťou zmeny vlastností, ale veľkosťou zmien. Proces v termodynamike je postupnosť stavov systému, ktorá vedie od počiatočného súboru termodynamických parametrov ku konečnému. Existujú nasledujúce termodynamické procesy:

- spontánny, na realizáciu ktorých nie je potrebné vynakladať energiu;

- nespontánne, vyskytujúce sa len pri výdaji energie;

- nezvratný(alebo nerovnovážne) - keď v dôsledku procesu nie je možné vrátiť systém do pôvodného stavu.

-reverzibilné sú idealizované procesy, ktoré idú tam a späť cez rovnaké medzistavy a po dokončení cyklu sa nezmení ani systém, ani prostredie.

Stavové funkcie sú charakteristiky systému, ktoré závisia len od parametrov stavu, ale nezávisia od spôsobu jeho dosiahnutia.

Stavové funkcie sa vyznačujú nasledujúcimi vlastnosťami:

Nekonečne malá zmena funkcie f je totálny diferenciál df;

Zmena funkcie pri prechode zo stavu 1 do stavu 2 je určená len týmito stavmi ∫ df \u003d f 2 - f 1

V dôsledku akéhokoľvek cyklického procesu sa funkcia stavu nemení, t.j. rovná sa nule.

Teplo a práca– spôsoby výmeny energie medzi CDS a životným prostredím. Teplo a práca sú charakteristiky procesu, nie sú to stavové funkcie.

Práca- forma výmeny energie na makroskopickej úrovni, kedy dochádza k usmernenému pohybu predmetu. Práca sa považuje za pozitívnu, ak ju systém vykonáva proti vonkajším silám.

Teplo- forma výmeny energie na mikroskopickej úrovni, t.j. v podobe zmeny chaotického pohybu molekúl. Je zvykom považovať teplo prijaté systémom a prácu na ňom vykonanú za pozitívne, t.j. funguje „egoistický princíp“. .

Najbežnejšie používané jednotky energie a práce, najmä v termodynamike, sú joule SI (J) a mimosystémová jednotka, kalória (1 kal = 4,18 J).

V závislosti od povahy objektu existujú rôzne typy práce:

1. Mechanický - pohyb tela

dA mech = - F ex dl.(2.1)

Práca je skalárny súčin 2 vektorov sily a posunutia, t.j.

|dА kožušina | = F dl cosα. Ak je smer vonkajšej sily opačný k posunu vnútorných síl, potom cosα < 0.

2. Rozširujúce práce (najbežnejšie považovaná expanzia plynu)

dА = - р dV (1.7)

Treba však mať na pamäti, že tento výraz platí len pre reverzibilný proces.

3. Elektrické – pohyb elektrických nábojov

dА el = -jdq,(2.2)

kde j- elektrický potenciál.

4. povrchný - zmena povrchu,

dA povrch = -sdS,(2.3)

kde s- povrchové napätie.

5. Všeobecný výraz pre prácu

dА = - Ydx,(2.4)

Y- všeobecná sila, dx- zovšeobecnenú súradnicu, takže prácu možno považovať za produkt intenzívneho faktora a zmeny v extenzívnom.

6. Všetky druhy prác okrem expanzných prác sú tzv užitočné práca (dA'). dА = рdV + dА’ (2,5)

7. Analogicky môžeme zaviesť pojem chemický pracovať, keď sa pohybuje smerovo k chemická látka, nk je extenzívna vlastnosť, pričom intenzívny parameter m k nazývaný chemický potenciál k látka

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

TERMODYNAMICKÝ SYSTÉM

TERMODYNAMICKÝ SYSTÉM

Súbor makroskopických telesá, to-raže môžu interagovať medzi sebou aj s inými telesami (vonkajším prostredím) – vymieňať si s nimi energiu a hmotu. T. s. pozostáva z takého množstva štruktúrnych častíc (atómov, molekúl), že jeho stav možno charakterizovať makroskopicky. parametre: hustota, tlak, koncentrácia v-in, formovanie T. s. atď.

TERMODYNAMICKÁ ROVNOVÁHA), ak sa parametre sústavy v čase nemenia a v sústave nie je k.-l. stacionárne toky (teplo, in-va atď.). Pre rovnováhu T. s. pojem teplota sa zavádza ako parameter, ktorý má rovnakú hodnotu pre všetky makroskopické. časti systému. Počet parametrov nezávislého stavu sa rovná počtu stupňov voľnosti T. s. Ostatné parametre je možné vyjadriť ako nezávislé pomocou stavovej rovnice. Svätý ostrov rovnováhy T. s. študuje rovnovážne procesy (termostatika); Sväté ostrovy nerovnovážnych systémov -.

V termodynamike sa uvažuje: uzavreté termočlánky, ktoré si nevymieňajú látku s inými systémami, ale vymieňajú si látku a energiu s inými systémami; adiabatická T. s., v ktorej s inými systémami chýba; izolované T. s., ktoré si nevymieňajú ani energiu, ani hmotu s inými systémami. Ak systém nie je izolovaný, jeho stav sa môže zmeniť; zmena stavu T. s. volal termodynamický proces. T. s. môžu byť fyzikálne homogénne (homogénny systém) a heterogénne (heterogénny systém), pozostávajúce z viacerých. homogénne časti s rôznymi fyzikálnymi. sv. V dôsledku fázy a chem. premeny (pozri FÁZOVÝ PRECHOD) homogénne T. s. sa môžu stať heterogénnymi a naopak.

Fyzický encyklopedický slovník. - M.: Sovietska encyklopédia. . 1983 .

TERMODYNAMICKÝ SYSTÉM

Súbor makroskopických telesá, to-raže môžu interagovať medzi sebou aj s inými telesami (vonkajším prostredím) – vymieňať si s nimi energiu a hmotu. T. s. pozostáva z takého množstva štruktúrnych častíc (atómov, molekúl), že jeho stav možno charakterizovať makroskopicky. parametre: hustota, tlak, koncentrácia látok, ktoré tvoria T. s. atď.

T. s. v rovnováhe (porov. termodynamická rovnováha) ak sa parametre systému v čase nemenia a nie je k.-l. stacionárne toky (teplo, hmota atď.). Pre rovnováhu T. s. koncept teplota ako stavový parameter, majú rovnakú hodnotu pre všetky makroskopické. časti systému. Počet parametrov nezávislého stavu sa rovná počtu stupne slobody T. s., zostávajúce parametre môžu byť vyjadrené pomocou nezávislých parametrov stavové rovnice. Vlastnosti rovnováhy T. s. štúdia termodynamika rovnovážne procesy (termostatika), vlastnosti nerovnovážnych systémov - termodynamika nerovnovážnych procesov.

V termodynamike sa uvažuje: uzavreté tepelné systémy, ktoré si nevymieňajú látky s inými systémami; otvorené systémy výmena hmoty a energie s inými systémami; adiabatické T. s., v ktorých nedochádza k výmene tepla s inými systémami; izolovaný T. homogénny systém) a heterogénny ( heterogénny systém) pozostávajúce z niekoľkých homogénnych častí s rôznymi fyzikálnymi. vlastnosti. V dôsledku fázy a chem. premeny (pozri fázový prechod) homogénna T. s. sa môžu stať heterogénnymi a naopak.

Lit.: Epshtein P. S., Kurz termodynamiky, prel. z angličtiny, M.-L., 1948; Leontovič M. A., Úvod do termodynamiky, 2. vydanie, M.-L., 1951; Samoilovich A, G., Thermodynamics i, 2. vydanie, M., 1955.

Fyzická encyklopédia. V 5 zväzkoch. - M.: Sovietska encyklopédia. Šéfredaktor A. M. Prochorov. 1988 .

Pozrite sa, čo znamená „TERMODYNAMICKÝ SYSTÉM“ v iných slovníkoch:

Makroskopické teleso izolované od prostredia pomocou priečok alebo škrupín (môžu byť aj mentálne, podmienené) a charakterizované makroskopickými parametrami: objem, teplota, tlak atď. Na tento účel ... ... Veľký encyklopedický slovník

termodynamický systém- termodynamický systém; systém Súbor telies, ktoré môžu energeticky interagovať medzi sebou a s inými telami a vymieňať si s nimi hmotu ... Polytechnický terminologický výkladový slovník

TERMODYNAMICKÝ SYSTÉM- súbor telesných telesá, ktoré si môžu vymieňať energiu a hmotu medzi sebou a s inými telesami (vonkajšie prostredie). T. s. je akýkoľvek systém pozostávajúci z veľmi veľkého počtu molekúl, atómov, elektrónov a iných častíc, ktoré majú veľa ... ... Veľká polytechnická encyklopédia

termodynamický systém- Teleso (súbor telies) schopné vymieňať si energiu a (alebo) hmotu s inými telesami (medzi sebou). [Kolekcia odporúčaných výrazov. Vydanie 103. Termodynamika. Akadémia vied ZSSR. Výbor pre vedeckú a technickú terminológiu. 1984... Technická príručka prekladateľa

termodynamický systém- - ľubovoľne zvolená časť priestoru obsahujúca jednu alebo viac látok a oddelená od vonkajšieho prostredia reálnou alebo podmienenou škrupinou. Všeobecná chémia: učebnica / A. V. Žolnin ... Chemické termíny

termodynamický systém- makroskopické teleso oddelené od okolia reálnymi alebo imaginárnymi hranicami, ktoré možno charakterizovať termodynamickými parametrami: objem, teplota, tlak atď. Sú izolované, ... ... Encyklopedický slovník hutníctva

Makroskopické teleso izolované od okolia pomocou priečok alebo schránok (môžu byť aj mentálne, podmienené), ktoré možno charakterizovať makroskopickými parametrami: objem, teplota, tlak atď. Pre ... ... encyklopedický slovník

Termodynamika ... Wikipedia

termodynamický systém- termodinaminė sistema statusas T sritis chemija apibrėžtis Kūnas (kūnų visuma), kurį nuo aplinkos skiria reali ar įsivaizduojama riba. atitikmenys: angl. termodynamický systém rus. termodynamický systém... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

termodynamický systém- termodinaminė sistema statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. termodynamický systém vok. termodynamický systém, n rus. termodynamický systém, f pranc. système thermodynamique, m … Fizikos terminų žodynas

Termodynamika je veda, ktorá študuje tepelné javy vyskytujúce sa v tele bez toho, aby ich spájala s molekulárnou štruktúrou hmoty.

V termodynamike sa uvažuje, že všetky tepelné procesy v telesách sú charakterizované len makroskopickými parametrami- tlak, objem a teplota. A keďže ich nemožno aplikovať na jednotlivé molekuly alebo atómy, tak na rozdiel od molekulárno-kinetickej teórie sa v termodynamike neberie do úvahy molekulárna štruktúra látky v tepelných procesoch.

Všetky pojmy termodynamiky sú formulované ako zovšeobecnenie faktov pozorovaných v priebehu experimentov. Z tohto dôvodu sa nazýva fenomenologická (deskriptívna) teória tepla.

Termodynamické systémy

Termodynamika popisuje tepelné procesy prebiehajúce v makroskopických systémoch. Takéto systémy pozostávajú z obrovského množstva častíc - molekúl a atómov a nazývajú sa termodynamické.

termodynamický systém možno považovať akýkoľvek predmet, ktorý možno vidieť voľným okom alebo pomocou mikroskopov, ďalekohľadov a iných optických prístrojov. Hlavná vec je, že rozmery systému v priestore a čas jeho existencie umožňujú merať jeho parametre - teplotu, tlak, hmotnosť, chemické zloženie prvkov atď., pomocou prístrojov, ktoré nereagujú na vplyv jednotlivé molekuly (tlakomery, teplomery a pod.).

Pre chemikov je termodynamický systém zmesou chemických látok, ktoré spolu interagujú počas chemickej reakcie. Astrofyzici budú takýto systém nazývať nebeské teleso. Zmes paliva a vzduchu v motore automobilu, zemeguľa, naše telo, písacie pero, notebook, obrábací stroj atď. sú tiež termodynamické systémy.

Každý termodynamický systém je oddelený od prostredia hranicami. Môžu byť skutočné - sklenené steny skúmavky s chemikáliou, telo valca v motore atď. A môžu byť podmienené, keď napríklad študujú vznik oblaku v atmosfére.

Ak si takýto systém nevymieňa ani energiu, ani hmotu s okolím, potom sa volá izolovaný alebo ZATVORENÉ .

Ak si systém vymieňa energiu s vonkajším prostredím, ale nevymieňa hmotu, tak je tzv ZATVORENÉ .

otvorený systém vymieňa energiu a hmotu s okolím.

Termodynamická rovnováha

Tento koncept sa zavádza aj do termodynamiky ako zovšeobecnenie experimentálnych výsledkov.

Termodynamická rovnováha nazývaný taký stav systému, v ktorom sa všetky jeho makroskopické veličiny – teplota, tlak, objem a entropia – v čase nemenia, ak je systém izolovaný. Akýkoľvek uzavretý termodynamický systém môže spontánne prejsť do takéhoto stavu, ak všetky vonkajšie parametre zostanú konštantné.

Najjednoduchším príkladom systému v termodynamickej rovnováhe je termoska s horúcim čajom. Teplota v ňom je v každom bode kvapaliny rovnaká. Hoci termosku možno nazvať izolovaným systémom len približne.

Akýkoľvek uzavretý termodynamický systém má spontánne tendenciu prejsť do termodynamickej rovnováhy, ak sa vonkajšie parametre nemenia.

Termodynamický proces

Ak sa zmení aspoň jeden z makroskopických parametrov, potom hovoria, že systém je termodynamický proces . K takémuto procesu môže dôjsť, ak sa zmenia vonkajšie parametre alebo systém začne prijímať alebo vysielať energiu. V dôsledku toho prechádza do iného stavu.

Zoberme si príklad čaju v termoske. Ak do čaju ponoríme kúsok ľadu a termosku uzavrieme, okamžite dôjde k rozdielu teplôt v rôznych častiach tekutiny. Kvapalina v termoske bude mať tendenciu vyrovnávať teploty. Z oblastí s vyššou teplotou sa teplo prenesie tam, kde je teplota nižšia. To znamená, že dôjde k termodynamickému procesu. Nakoniec bude teplota čaju v termoske opäť rovnaká. Ale už bude iná ako počiatočná teplota. Stav systému sa zmenil, pretože sa zmenila jeho teplota.

K termodynamickému procesu dochádza, keď sa piesok zohriaty na pláži v horúcom dni v noci ochladí. Do rána mu teplota klesá. Akonáhle však vyjde slnko, proces zahrievania sa znova spustí.

Vnútorná energia

Jedným z hlavných pojmov termodynamiky je vnútornej energie .

Všetky makroskopické telesá majú vnútornú energiu, ktorá je súčtom kinetických a potenciálnych energií všetkých častíc (atómov a molekúl), ktoré tvoria teleso. Tieto častice interagujú iba medzi sebou a neinteragujú s časticami prostredia. Vnútorná energia závisí od kinetickej a potenciálnej energie častíc a nezávisí od polohy samotného telesa.

U = E k + E p

Vnútorná energia sa mení s teplotou. Molekulárna kinetická teória to vysvetľuje zmenou rýchlosti pohybu častíc hmoty. Ak teplota tela stúpa, rýchlosť pohybu častíc sa zvyšuje, vzdialenosť medzi nimi sa zväčšuje. V dôsledku toho sa zvyšuje ich kinetická a potenciálna energia. Keď teplota klesne, dôjde k opačnému procesu.

Pre termodynamiku nie je dôležitejšia hodnota vnútornej energie, ale jej zmena. A môžete zmeniť vnútornú energiu pomocou procesu prenosu tepla alebo pomocou mechanickej práce.

Zmena vnútornej energie mechanickou prácou

Benjamin Rumford

Vnútorná energia telesa sa môže meniť vykonávaním mechanickej práce na tele. Ak sa na tele vykoná práca, mechanická energia sa premení na vnútornú energiu. A ak prácu vykoná telo, potom sa jeho vnútorná energia premení na mechanickú energiu.

Takmer do konca 19. storočia sa verilo, že existuje neprehliadnuteľná látka – kalorická látka, ktorá prenáša teplo z tela do tela. Čím viac kalórií do tela pritečie, tým bude teplejšie a naopak.

V roku 1798 však anglo-americký vedec gróf Benjamin Rumford začal pochybovať o teórii kalórií. Dôvodom bolo zahrievanie hlavne zbraní počas vŕtania. Naznačil, že príčinou zahrievania je mechanická práca, ktorá sa vykonáva počas trenia vrtáka o hlaveň.

A Rumfoord urobil experiment. Na zvýšenie trecej sily vzali tupý vrták a samotný sud bol umiestnený v sude s vodou. Na konci tretej hodiny vŕtania začala voda v sude vrieť. To znamenalo, že hlaveň dostávala teplo, keď sa na nej vykonávala mechanická práca.

Prenos tepla

prenos tepla nazývaný fyzikálny proces prenosu tepelnej energie (tepla) z jedného telesa do druhého, a to buď priamym kontaktom alebo cez deliacu priečku. Spravidla sa teplo prenáša z teplejšieho telesa na chladnejšie. Tento proces končí, keď sa systém dostane do stavu termodynamickej rovnováhy.

Energia, ktorú telo prijíma alebo vydáva pri prenose tepla, sa nazýva množstvo tepla .

Podľa spôsobu prenosu tepla možno prenos tepla rozdeliť na 3 typy: tepelná vodivosť, konvencia, tepelné žiarenie.

Tepelná vodivosť

Ak medzi telesami alebo časťami telies existuje teplotný rozdiel, potom medzi nimi dôjde k procesu prenosu tepla. tepelná vodivosť nazývaný proces prenosu vnútornej energie z viac zohriateho telesa (alebo jeho časti) do menej zohriateho telesa (alebo jeho časti).

Napríklad zahriatím jedného konca oceľovej tyče na oheň po chvíli pocítime, že sa zahrieva aj jej druhý koniec.

Sklenenú tyčinku, ktorej jeden koniec je horúci, ľahko držíme za druhý koniec bez toho, aby sme sa popálili. Ale ak sa pokúsime urobiť rovnaký experiment so železnou tyčou, neuspejeme.

Rôzne látky vedú teplo rôzne. Každý z nich má svoj vlastný súčiniteľ tepelnej vodivosti, alebo vodivosťčíselne sa rovná množstvu tepla, ktoré prejde vzorkou s hrúbkou 1 m, s plochou 1 m 2 za 1 sekundu. 1 K sa považuje za jednotku teploty.

Kovy vedú teplo najlepšie. Toto je ich vlastnosť, ktorú využívame v každodennom živote, pri varení v kovových hrncoch či panviciach. Ale ich rukoväte by nemali byť horúce. Preto sú vyrobené z materiálov so zlou tepelnou vodivosťou.

Tepelná vodivosť kvapalín je nižšia. A plyny majú zlú tepelnú vodivosť.

Zvieracia srsť je tiež zlým vodičom tepla. Vďaka tomu sa v horúcom počasí neprehrievajú a v chladnom počasí nezamŕzajú.

dohovoru

Bežne sa teplo prenáša prúdmi a prúdmi plynu alebo kvapaliny. V pevných látkach neexistuje žiadna konvencia.

Ako vzniká konvencia v kvapaline? Keď na oheň položíme kanvicu s vodou, spodná vrstva tekutiny sa zohreje, jej hustota sa zníži, posunie sa nahor. Jeho miesto zaberá chladnejšia vrstva vody. Po určitom čase sa aj zahreje a tiež vymení miesta s chladnejšou vrstvou. Atď.

Podobný proces prebieha v plynoch. Nie je náhoda, že vykurovacie batérie sú umiestnené v spodnej časti miestnosti. Ohriaty vzduch totiž vždy stúpa do hornej časti miestnosti. A tá nižšia, studená, naopak, padá. Potom sa tiež zahrieva a opäť stúpa, zatiaľ čo horná vrstva sa počas tejto doby ochladí a klesne.

Dohovor je prirodzený a vynútený.

V atmosfére neustále prebieha prirodzená konvencia. V dôsledku toho dochádza k neustálemu pohybu hmôt teplého vzduchu nahor a chladu nadol. Výsledkom je vietor, mraky a iné prírodné javy.

Keď prirodzená konvencia nestačí, používam vynútenú konvenciu. Napríklad teplý vzduch prúdi v miestnosti pomocou lopatiek ventilátora.

tepelné žiarenie

Slnko ohrieva zem. Nie je zahrnutý žiadny prenos tepla ani konvencia. Prečo sa teda telá zahrievajú?

Faktom je, že Slnko je zdrojom tepelného žiarenia.

tepelné žiarenie je elektromagnetické žiarenie, ktoré vzniká v dôsledku vnútornej energie tela. Všetky telesá okolo nás vyžarujú tepelnú energiu. Môže to byť viditeľné svetlo zo stolovej lampy alebo zdroje neviditeľného ultrafialového, infračerveného alebo gama žiarenia.

Telá však nevyžarujú len teplo. Tiež ho konzumujú. Niektorí vo väčšej, iní v menšej miere. Okrem toho sa tmavé telesá zahrievajú a ochladzujú rýchlejšie ako svetlé. V horúcom počasí sa snažíme nosiť svetlé oblečenie, pretože absorbuje menej tepla ako oblečenie tmavej farby. Auto tmavej farby sa na slnku zohreje oveľa rýchlejšie ako vedľa stojace auto svetlej farby.

Táto vlastnosť látok absorbovať a vyžarovať teplo rôznymi spôsobmi sa využíva pri vytváraní systémov nočného videnia, systémov navádzania rakiet atď.

Termodynamický systém- súbor makroskopických telies, ktoré môžu interagovať medzi sebou a s inými telesami (vonkajším prostredím) - vymieňať si s nimi energiu a hmotu. Výmena energie a hmoty môže prebiehať tak v rámci samotného systému medzi jeho časťami, ako aj medzi systémom a vonkajším prostredím. V závislosti od možných spôsobov izolácie systému od vonkajšieho prostredia sa rozlišuje niekoľko typov termodynamických systémov.

otvorený systém nazývaný termodynamický systém, ktorý dokáže vymieňať hmotu a energiu s prostredím. Typickými príkladmi takýchto systémov sú všetky živé organizmy, ako aj kvapalina, ktorej hmotnosť neustále klesá v dôsledku vyparovania alebo varu.

Termodynamický systém volal ZATVORENÉ ak si nedokáže vymieňať energiu ani hmotu s okolím. ZATVORENÉ systém budeme nazývať termodynamický systém izolovaný mechanicky, t.j. neschopné vymieňať si energiu s okolím vykonávaním práce. Príkladom takéhoto systému je plyn uzavretý v nádobe s konštantným objemom. Termodynamický systém je tzv adiabatické ak si nemôže vymieňať energiu s inými systémami výmenou tepla.

Termodynamické parametre (stavové parametre) nazývané fyzikálne veličiny, ktoré slúžia na charakterizáciu stavu termodynamického systému.

Príkladmi termodynamických parametrov sú tlak, objem, teplota, koncentrácia. Existujú dva typy termodynamických parametrov: rozsiahle a intenzívne. Prvé sú úmerné množstvu hmoty v danom termodynamickom systéme, druhé nezávisia od množstva hmoty v systéme. Najjednoduchším rozsiahlym parametrom je objem V systémov. hodnota v, ktorý sa rovná pomeru objemu sústavy k jej hmotnosti, sa nazýva špecifický objem sústavy. Najjednoduchšie intenzívne parametre sú tlak R a teplotu T.

Tlak je fyzikálna veličina

kde dFn je modul normálovej sily pôsobiacej na malú oblasť povrchu tela
rezervný dS.

Ak tlak a špecifický objem majú jasný a jednoduchý fyzikálny význam, potom je pojem teploty oveľa zložitejší a menej zrejmý. Predovšetkým si všimneme, že pojem teploty, prísne vzaté, má zmysel iba pre rovnovážne stavy systému.

Rovnovážny stav termodynamického systému- stav systému, v ktorom všetky parametre majú určité hodnoty a v ktorom môže systém zostať tak dlho, ako si želáte. Teplota vo všetkých častiach termodynamického systému v rovnováhe je rovnaká.

Pri výmene tepla medzi dvoma telesami s rôznymi teplotami sa teplo prenáša z telesa s vyššou teplotou na teleso s nižšou teplotou. Tento proces sa zastaví, keď sa teploty oboch telies vyrovnajú.

Teplota systému v rovnováhe slúži ako miera intenzity tepelného pohybu atómov, molekúl a iných častíc, ktoré tvoria systém. V systéme častíc opísaných zákonmi klasickej štatistickej fyziky a v rovnováhe je priemerná kinetická energia tepelného pohybu častíc priamo úmerná termodynamickej teplote systému. Preto sa niekedy hovorí, že teplota charakterizuje stupeň zahriatia telesa.

Pri meraní teploty, ktoré je možné robiť len nepriamo, sa využíva závislosť od teploty množstva priamo alebo nepriamo merateľných fyzikálnych vlastností telesa. Napríklad pri zmene telesnej teploty sa mení jeho dĺžka a objem, hustota, elastické vlastnosti, elektrický odpor atď. Zmena ktorejkoľvek z týchto vlastností je základom pre meranie teploty. Na to je potrebné, aby pre jedno (vybrané) teleso, nazývané termometrické teleso, bola známa funkčná závislosť tejto vlastnosti od teploty. Na praktické merania teploty sa používajú teplotné stupnice, zostavené pomocou termometrických telies. V medzinárodnej stupnici Celzia teploty je teplota vyjadrená v stupňoch Celzia (°C) [A. Celsius (1701-1744) – švédsky vedec] a označuje sa t a predpokladá sa, že pri normálnom tlaku 1,01325 × 105 Pa sú teploty topenia ľadu 0 a teploty varu vody 100 °C. V termodynamickej teplotnej škále je teplota vyjadrená v Kelvinoch (K) [W. Thomson, Lord Kelvin (1821-1907) – anglický fyzik], zn. T a nazýva sa termodynamická teplota. Vzťah medzi termodynamickou teplotou T a teplota na stupnici Celzia má tvar T = t + 273,15.

Teplota T= 0 K (na stupnici Celzia t\u003d -273,15 ° С) sa nazýva absolútna nula teplota alebo nula na termodynamickej teplotnej stupnici.

Parametre stavu systému sú rozdelené na externé a interné. Externé parametre systémy sa nazývajú fyzikálne veličiny, ktoré závisia od polohy v priestore a rôznych vlastností (napríklad elektrických nábojov) telies, ktoré sú pre daný systém vonkajšie. Napríklad pre plyn je týmto parametrom objem V plavidlo,
v ktorej sa plyn nachádza, pretože objem závisí od umiestnenia vonkajších telies - stien nádoby. Atmosférický tlak je vonkajší parameter pre kvapalinu v otvorenej nádobe. Interné parametre systémy sa nazývajú fyzikálne veličiny, ktoré závisia tak od polohy telies mimo systému, ako aj od súradníc a rýchlostí častíc, ktoré tvoria tento systém. Napríklad vnútorné parametre plynu sú jeho tlak a energia, ktoré závisia od súradníc a rýchlostí pohybujúcich sa molekúl a od hustoty plynu.

Pod termodynamický proces rozumieť každej zmene stavu uvažovaného termodynamického systému, charakterizovanej zmenou jeho termodynamických parametrov. Termodynamický proces je tzv rovnováha, ak pri tomto procese sústava prechádza súvislým radom nekonečne blízkych termodynamicky rovnovážnych stavov. Reálne procesy zmeny stavu systému prebiehajú vždy konečnou rýchlosťou, a preto nemôžu byť v rovnováhe. Je však zrejmé, že skutočný proces zmeny stavu systému bude tým bližšie k rovnováhe, čím pomalšie prebieha, preto sa takéto procesy nazývajú tzv. kvázistatické.

Nasledujúce procesy môžu slúžiť ako príklady najjednoduchších termodynamických procesov:

a) izotermický proces, pri ktorom sa teplota systému nemení ( T= konšt.);

b) izochorický proces prebiehajúci pri konštantnom objeme systému ( V= konšt.);

c) izobarický proces prebiehajúci pri konštantnom tlaku v systéme ( p= konšt.);

d) adiabatický proces, ktorý prebieha bez výmeny tepla medzi systémom a prostredím.

Úvod. 2

Termodynamika. Všeobecná koncepcia. 3

Pojem termodynamický systém.. 4

Typy termodynamických systémov.. 6

Termodynamické procesy.. 7

Reverzibilné a nezvratné procesy.. 7

Vnútorná energia systému.. 10

Nulový začiatok termodynamiky.. 11

Prvý zákon termodynamiky 12

Druhý termodynamický zákon.. 14

Tretí termodynamický zákon.. 16

Dôsledky. 17

Nedosiahnuteľnosť teplôt absolútnej nuly. 17

Správanie termodynamických koeficientov. 17

Úvod

Neustále sme konfrontovaní nielen s mechanickým pohybom, ale aj tepelnými javmi, ktoré sú spojené so zmenou telesnej teploty či prechodom látok do iného skupenstva agregácie – kvapalného, ​​plynného alebo tuhého.

Tepelné procesy majú veľký význam pre existenciu života na Zemi, keďže proteín je schopný života len v určitom teplotnom rozsahu. Život na Zemi závisí od teploty prostredia.

Ľudia dosiahli relatívnu nezávislosť od prostredia potom, čo sa naučili zakladať oheň. Toto bol jeden z najväčších objavov na úsvite ľudstva.

Termodynamika je veda o tepelných javoch, ktorá nezohľadňuje molekulárnu stavbu telies. V tejto eseji sa budú diskutovať zákony termodynamiky a ich aplikácia.

Termodynamika. Všeobecná koncepcia

Začiatky termodynamiky sú súborom postulátov, ktoré sú základom termodynamiky. Tieto ustanovenia boli stanovené ako výsledok vedeckého výskumu a boli dokázané experimentálne. Sú akceptované ako postuláty, takže termodynamika môže byť konštruovaná axiomaticky.

Nevyhnutnosť princípov termodynamiky súvisí s tým, že termodynamika popisuje makroskopické parametre systémov bez špecifických predpokladov o ich mikroskopickej štruktúre. Štatistická fyzika sa zaoberá otázkami vnútornej štruktúry.

Termodynamické zákony sú nezávislé, to znamená, že žiadny z nich nemožno odvodiť z iných princípov.

Zoznam princípov termodynamiky

· Prvý zákon termodynamiky je zákon zachovania energie aplikovaný na termodynamické systémy.

· Druhý termodynamický zákon ukladá obmedzenia smeru termodynamických procesov, zakazuje samovoľný prechod tepla z menej zahriatych telies na viac vyhrievané. Tiež formulovaný ako zákon rastúcej entropie.

· Tretí termodynamický zákon hovorí, ako sa správa entropia pri teplotách blízko absolútnej nuly.

· Nultý (alebo všeobecný) začiatok termodynamiky sa niekedy nazýva princíp, podľa ktorého uzavretý systém bez ohľadu na počiatočný stav nakoniec príde do stavu termodynamickej rovnováhy a nemôže ho sám opustiť.

Pojem termodynamický systém

Termodynamický systém je akýkoľvek fyzikálny systém pozostávajúci z veľkého počtu častíc-atómov a molekúl, ktoré vykonávajú nekonečný tepelný pohyb a navzájom sa ovplyvňujú, vymieňajú si energie. Takýmito termodynamickými systémami, a navyše najjednoduchšími, sú plyny, ktorých molekuly pri zrážkach vykonávajú náhodný translačný a rotačný pohyb a vymieňajú si kinetické energie. Termodynamické systémy sú tiež pevné a kvapalné látky.

Molekuly tuhých látok náhodne oscilujú okolo svojich rovnovážnych polôh, výmena energie medzi molekulami nastáva v dôsledku ich nepretržitej interakcie, v dôsledku čoho sa posunutie jednej molekuly z jej rovnovážnej polohy okamžite prejaví v polohe a rýchlosti pohybu susedných molekúl. molekuly. Keďže priemerná energia tepelného pohybu molekúl súvisí s teplotou, je teplota najdôležitejšou fyzikálnou veličinou charakterizujúcou rôzne stavy termodynamických systémov. Okrem teploty je stav takýchto systémov určený aj objemom, ktorý zaberajú, a vonkajším tlakom alebo vonkajšími silami pôsobiacimi na systém.

Dôležitou vlastnosťou termodynamických systémov je existencia rovnovážnych stavov, v ktorých môžu zotrvať tak dlho, ako si želajú. Ak je termodynamický systém, ktorý sa nachádza v niektorom z rovnovážnych stavov, vystavený nejakému vonkajšiemu pôsobeniu a následne ukončený, systém samovoľne prejde do nového rovnovážneho stavu. Treba však zdôrazniť, že tendencia k prechodu do rovnovážneho stavu je vždy a nepretržite, aj mimo doby, kedy je systém vystavený vonkajším vplyvom.

Táto tendencia alebo presnejšie neustála existencia procesov vedúcich k dosiahnutiu rovnovážneho stavu je najdôležitejšou vlastnosťou termodynamických systémov.

Stavy izolovaného termodynamického systému, ktoré aj napriek absencii vonkajších vplyvov nepretrvajú v konečných časových úsekoch, sa nazývajú nerovnovážne. Systém, spočiatku v nerovnovážnom stave, nakoniec prechádza do rovnovážneho stavu. Čas prechodu z nerovnovážneho stavu do rovnovážneho stavu sa nazýva relaxačný čas. Spätný prechod z rovnovážneho stavu do nerovnovážneho je možné uskutočniť pomocou vonkajších vplyvov na systém.

Nerovnovážny je najmä stav sústavy s rôznymi teplotami na rôznych miestach, zarovnanie t 0 v plynoch, tuhých látkach a kvapalinách je prechod týchto telies do rovnovážneho stavu s rovnakým t 0 v rámci objemu telo. Ďalší príklad nerovnovážneho stavu možno uviesť uvažovaním dvojfázových systémov pozostávajúcich z kvapaliny a jej pary. Ak je nad povrchom kvapaliny v uzavretej nádobe nenasýtená para, potom je stav systému nerovnovážny: počet molekúl opúšťajúcich kvapalinu za jednotku času je väčší ako počet molekúl vracajúcich sa z pary do kvapaliny v rovnaký čas. Výsledkom je, že v priebehu času sa počet molekúl v parnom stave zvyšuje, až kým sa nevytvorí rovnovážny stav.

Prechod z rovnováhy do rovnováhy vo väčšine prípadov prebieha nepretržite a rýchlosť tohto prechodu je možné plynulo kontrolovať pomocou vhodného vonkajšieho vplyvu, vďaka čomu je relaxačný proces buď veľmi rýchly, alebo veľmi pomalý. Takže napríklad mechanickým miešaním je možné výrazne zvýšiť rýchlosť vyrovnávania teploty v kvapalinách alebo plynoch, ochladzovaním kvapaliny možno veľmi spomaliť proces difúzie látky v nej rozpustenej.