Mga pangunahing parameter ng estado ng mga thermodynamic system

thermodynamic system tinatawag na isang set ng iba't ibang mga katawan na may kakayahang masiglang nakikipag-ugnayan sa isa't isa at sa kapaligiran. Sa kasong ito, ang halaga ng isang sangkap ay maaaring pare-pareho o variable, at ang mga katawan ay maaaring nasa iba't ibang mga estado ng pagsasama-sama (gas, likido o solid).

Ang kapaligiran ay nauunawaan bilang kabuuan ng lahat ng iba pang mga katawan na hindi kasama sa thermodynamic system.

Ang thermodynamic system ay tinatawag nakahiwalay kung hindi ito nakikipag-ugnayan sa kapaligiran, sarado- kung ang pakikipag-ugnayan na ito ay nangyayari lamang sa anyo ng pagpapalitan ng enerhiya, at bukas- kung ito ay nagpapalitan ng parehong enerhiya at bagay sa kapaligiran. Ang isang pagbabago sa estado ng isang thermodynamic system bilang isang resulta ng pagpapalitan ng enerhiya sa kapaligiran ay tinatawag prosesong thermodynamic.

Ang pangunahing mga parameter na nagpapakilala sa mga proseso ng magkaparehong pagbabago ng trabaho at init ay temperatura T, presyon R at lakas ng tunog V.

Temperatura ay isang sukatan ng intensity ng paggalaw ng mga molecule ng isang substance. Kung mas malaki ang kinetic energy ng paggalaw ng mga molekula, mas mataas ang temperatura. Ang temperatura na tumutugma sa estado ng kumpletong natitirang mga molekula ng gas ay kinuha bilang absolute zero. Ang puntong ito ay ang simula ng

mga pagbabasa ng temperatura sa ganap na sukat ng Kelvin (pagtatalaga - T, SA). Sa engineering, kadalasang ginagamit ang centigrade Celsius temperature scale (designation - t, ° С), kung saan ang natutunaw na punto ng yelo ay kinukuha bilang 0 ° С, at ang patuloy na kumukulo ng tubig sa normal na presyon ng atmospera ay kinuha bilang 100 degrees.

Ang muling pagkalkula ng temperatura mula sa centigrade hanggang absolute ay isinasagawa ayon sa formula

T=t+273.15K, (2.2)

habang ang laki ng isang degree Celsius ay katumbas ng kelvin: 1 ° C \u003d 1 K, i.e.

Tinutukoy ng temperatura ang direksyon ng paglipat ng init, nagsisilbing sukatan ng pag-init ng mga katawan. Dalawang sistema na nasa thermal equilibrium sa isa't isa ay may parehong temperatura.

Presyon ng gas. Ayon sa kinetic theory, ang isang gas sa isang saradong sisidlan ay nagdudulot ng presyon sa mga dingding nito, na resulta ng puwersa ng pagkilos ng mga molekula ng gas sa random na paggalaw. Ang presyon ay tinukoy bilang ang puwersa na kumikilos sa ibabaw ng yunit at sinusukat sa pascals (Pa = N/m2).

Ang kabuuan ng barometric (atmospheric) at labis na presyon na ginawa ng gas sa mga dingding ng sisidlan ay ang ganap na presyon:

saan V- dami na inookupahan ng gas, m 3; M- masa ng gas sa dami V, kg. Ang dami ng sangkap na nakapaloob sa isang yunit ng volume ay tinatawag

density ng gas ρ , kg / m 3. Ito ang kapalit ng tiyak na volume.

Ang estado ng isang thermodynamic system, na nailalarawan sa pamamagitan ng isang palaging halaga ng mga parameter sa oras at sa buong masa ng system, ay tinatawag punto ng balanse. Sa isang sistema na nasa thermodynamic equilibrium, walang daloy ng init at bagay sa loob ng system at sa pagitan ng system at ng kapaligiran. Ang estado ng ekwilibriyo ng isang gas ay maaaring ipahayag sa pamamagitan ng equation f (R, V, T) = 0.

Tamang gas ay tinatawag na gas na binubuo ng mga molekula na ang mga sukat ay maaaring mapabayaan at hindi nakikipag-ugnayan sa isa't isa (walang potensyal na enerhiya ng pakikipag-ugnayan). Ang pagpapakilala ng konsepto ng isang perpektong gas sa thermodynamics ay ginagawang posible upang makakuha ng mas simpleng analytical na mga relasyon sa pagitan ng mga parameter ng estado. Ipinapakita ng karanasan na, sa isang kilalang pagtatantya, ang mga dependence na ito ay maaaring ilapat upang pag-aralan ang mga katangian ng mga tunay na gas.

Thermodynamic system- isang hanay ng mga macroscopic na katawan na maaaring makipag-ugnayan sa isa't isa at sa iba pang mga katawan (ang panlabas na kapaligiran) - makipagpalitan ng enerhiya at bagay sa kanila. Ang pagpapalitan ng enerhiya at bagay ay maaaring mangyari kapwa sa loob ng system mismo sa pagitan ng mga bahagi nito, at sa pagitan ng system at ng panlabas na kapaligiran. Depende sa mga posibleng paraan ng paghihiwalay ng system mula sa panlabas na kapaligiran, ang ilang mga uri ng mga thermodynamic system ay nakikilala.

bukas na sistema tinatawag na thermodynamic system na maaaring makipagpalitan ng bagay at enerhiya sa kapaligiran. Ang mga karaniwang halimbawa ng naturang mga sistema ay ang lahat ng mga buhay na organismo, pati na rin ang isang likido, ang masa nito ay patuloy na bumababa dahil sa pagsingaw o pagkulo.

Thermodynamic system tinawag sarado kung hindi nito mapapalitan ang alinman sa enerhiya o bagay sa kapaligiran. sarado system na tatawagin nating thermodynamic system na nakahiwalay sa mekanikal, i.e. walang kakayahang makipagpalitan ng enerhiya sa kapaligiran sa pamamagitan ng paggawa. Ang isang halimbawa ng naturang sistema ay isang gas na nakapaloob sa isang sisidlan ng pare-pareho ang dami. Ang thermodynamic system ay tinatawag adiabatic kung hindi ito makapagpalitan ng enerhiya sa ibang mga sistema sa pamamagitan ng pagpapalitan ng init.

Mga parameter ng thermodynamic (mga parameter ng estado) tinatawag na mga pisikal na dami na nagsisilbing katangian ng estado ng isang thermodynamic system.

Ang mga halimbawa ng thermodynamic parameter ay pressure, volume, temperature, concentration. Mayroong dalawang uri ng thermodynamic parameter: malawak at matindi. Ang una ay proporsyonal sa dami ng bagay sa isang ibinigay na thermodynamic system, ang huli ay hindi nakadepende sa dami ng bagay sa system. Ang pinakasimpleng malawak na parameter ay ang volume V mga sistema. ang halaga v, katumbas ng ratio ng volume ng system sa masa nito, ay tinatawag na specific volume ng system. Ang pinakasimpleng intensive parameter ay ang presyon R at temperatura T.

Ang presyon ay isang pisikal na dami

saan dFn ay ang modulus ng normal na puwersa na kumikilos sa isang maliit na bahagi ng ibabaw ng katawan
ekstrang dS.

Kung ang presyon at tiyak na dami ay may malinaw at simpleng pisikal na kahulugan, kung gayon ang konsepto ng temperatura ay mas kumplikado at hindi gaanong halata. Una sa lahat, tandaan namin na ang konsepto ng temperatura, mahigpit na pagsasalita, ay may katuturan lamang para sa mga estado ng balanse ng system.

Equilibrium na estado ng isang thermodynamic system- ang estado ng system, kung saan ang lahat ng mga parameter ay may ilang mga halaga at kung saan ang system ay maaaring manatili hangga't ninanais. Ang temperatura sa lahat ng bahagi ng isang thermodynamic system sa equilibrium ay pareho.

Sa pagpapalitan ng init sa pagitan ng dalawang katawan na may magkaibang temperatura, inililipat ang init mula sa katawan na may mas mataas na temperatura patungo sa katawan na may mas mababang temperatura. Ang prosesong ito ay humihinto kapag ang temperatura ng parehong mga katawan ay equalize.

Ang temperatura ng isang sistema sa equilibrium ay nagsisilbing sukatan ng intensity ng thermal motion ng mga atomo, molekula, at iba pang mga particle na bumubuo sa system. Sa isang sistema ng mga particle na inilarawan ng mga batas ng classical statistical physics at sa equilibrium, ang average na kinetic energy ng thermal motion ng mga particle ay direktang proporsyonal sa thermodynamic na temperatura ng system. Samakatuwid, kung minsan ay sinasabi na ang temperatura ay nagpapakilala sa antas ng pag-init ng isang katawan.

Kapag sinusukat ang temperatura, na maaari lamang gawin nang hindi direkta, ang pagtitiwala sa temperatura ng isang bilang ng mga pisikal na katangian ng katawan na maaaring masukat nang direkta o hindi direkta ay ginagamit. Halimbawa, kapag nagbabago ang temperatura ng katawan, nagbabago ang haba at dami nito, densidad, nababanat na katangian, resistensya ng kuryente, atbp. Ang pagbabago sa alinman sa mga katangiang ito ay ang batayan para sa mga sukat ng temperatura. Para dito, kinakailangan na para sa isang (pinili) na katawan, na tinatawag na thermometric body, ang functional na pag-asa ng ari-arian na ito sa temperatura ay kilala. Para sa mga praktikal na sukat ng temperatura, ginagamit ang mga kaliskis ng temperatura, na itinatag sa tulong ng mga thermometric na katawan. Sa International Centigrade Temperature Scale, ang temperatura ay ipinahayag sa degrees Celsius (°C) [A. Celsius (1701-1744) - Swedish scientist] at may denotasyon t, at ipinapalagay na sa isang normal na presyon ng 1.01325 × 10 5 Pa, ang mga punto ng pagkatunaw ng yelo at mga kumukulong punto ng tubig ay 0 at 100 °C, ayon sa pagkakabanggit. Sa thermodynamic temperature scale, ang temperatura ay ipinahayag sa Kelvin (K) [W. Thomson, Lord Kelvin (1821-1907) - English physicist], denoted T at tinatawag na thermodynamic temperature. Relasyon sa pagitan ng thermodynamic na temperatura T at ang temperatura sa isang centigrade scale ay may anyo T = t + 273,15.

Temperatura T= 0 K (sa isang centigrade scale t\u003d -273.15 ° С) ay tinatawag ganap na zero temperatura, o zero sa thermodynamic temperature scale.

Ang mga parameter ng estado ng system ay nahahati sa panlabas at panloob. Panlabas na mga parameter Ang mga sistema ay tinatawag na mga pisikal na dami na nakadepende sa posisyon sa kalawakan at iba't ibang katangian (halimbawa, mga singil sa kuryente) ng mga katawan na nasa labas ng ibinigay na sistema. Halimbawa, para sa isang gas, ang parameter na ito ay ang volume V sisidlan,
kung saan matatagpuan ang gas, dahil ang dami ay nakasalalay sa lokasyon ng mga panlabas na katawan - ang mga dingding ng sisidlan. Ang presyon ng atmospera ay isang panlabas na parameter para sa isang likido sa isang bukas na sisidlan. Mga panloob na parameter Ang mga sistema ay tinatawag na mga pisikal na dami na nakadepende kapwa sa posisyon ng mga katawan sa labas ng sistema at sa mga coordinate at bilis ng mga particle na bumubuo sa sistemang ito. Halimbawa, ang mga panloob na parameter ng isang gas ay ang presyon at enerhiya nito, na nakasalalay sa mga coordinate at bilis ng mga gumagalaw na molekula at sa density ng gas.

Sa ilalim prosesong thermodynamic maunawaan ang anumang pagbabago sa estado ng thermodynamic system na isinasaalang-alang, na nailalarawan sa pamamagitan ng pagbabago sa mga thermodynamic parameter nito. Ang thermodynamic na proseso ay tinatawag punto ng balanse, kung sa prosesong ito ang sistema ay dumaan sa isang tuluy-tuloy na serye ng walang katapusan na malapit na thermodynamically equilibrium states. Ang mga tunay na proseso ng pagbabago ng estado ng system ay palaging nangyayari sa isang may hangganang bilis at samakatuwid ay hindi maaaring nasa ekwilibriyo. Ito ay malinaw, gayunpaman, na ang tunay na proseso ng pagbabago ng estado ng sistema ay magiging mas malapit sa ekwilibriyo, mas mabagal itong nagaganap, kaya ang mga ganitong proseso ay tinatawag na parang static.

Ang mga sumusunod na proseso ay maaaring magsilbi bilang mga halimbawa ng pinakasimpleng proseso ng thermodynamic:

a) isang isothermal na proseso kung saan ang temperatura ng system ay hindi nagbabago ( T= const);

b) isang isochoric na proseso na nagaganap sa isang pare-parehong dami ng system ( V= const);

c) isang isobaric na proseso na nagaganap sa isang pare-parehong presyon sa system ( p= const);

d) isang prosesong adiabatic na nangyayari nang walang pagpapalitan ng init sa pagitan ng system at ng kapaligiran.

Thermodynamic system- ito ay isang bahagi ng materyal na mundo, na pinaghihiwalay mula sa kapaligiran sa pamamagitan ng tunay o haka-haka na mga hangganan at ang object ng pag-aaral ng thermodynamics. Ang kapaligiran ay mas malaki sa dami, at samakatuwid ang mga pagbabago dito ay hindi gaanong mahalaga kumpara sa pagbabago sa estado ng system. Hindi tulad ng mga mekanikal na sistema, na binubuo ng isa o higit pang mga katawan, ang isang thermodynamic system ay naglalaman ng napakalaking bilang ng mga particle, na nagbibigay ng ganap na bagong mga katangian at nangangailangan ng iba't ibang mga diskarte sa paglalarawan ng estado at pag-uugali ng mga naturang sistema. Ang thermodynamic system ay macroscopic na bagay.

Pag-uuri ng mga thermodynamic system

1. Komposisyon

Ang isang thermodynamic system ay binubuo ng mga bahagi. Component - ito ay isang sangkap na maaaring ihiwalay mula sa system at umiiral sa labas nito, i.e. Ang mga bahagi ay mga independiyenteng sangkap.

Isang bahagi.

Dalawang bahagi, o binary.

Tatlong bahagi - triple.

Multicomponent.

2. Sa pamamagitan ng komposisyon ng bahagi- homogenous at heterogenous

homogenous Ang mga sistema ay may parehong mga macroscopic na katangian sa anumang punto sa system, pangunahin ang temperatura, presyon, konsentrasyon, at marami pang iba, tulad ng refractive index, permittivity, istraktura ng kristal, atbp. Ang mga homogenous na sistema ay binubuo ng isang yugto.

Phase- ito ay isang homogenous na bahagi ng system, na pinaghihiwalay mula sa iba pang mga phase sa pamamagitan ng interface at nailalarawan sa pamamagitan ng sarili nitong equation ng estado. Ang yugto at estado ng pagsasama-sama ay magkakapatong ngunit hindi magkaparehong mga konsepto. Mayroon lamang 4 na estado ng pagsasama-sama, maaaring magkaroon ng higit pang mga yugto.

Magkakaiba Ang mga sistema ay binubuo ng hindi bababa sa dalawang yugto.

3. Sa pamamagitan ng mga uri ng koneksyon sa kapaligiran(ayon sa mga posibilidad ng pakikipagpalitan sa kapaligiran).

Nakahiwalay Ang sistema ay hindi nakikipagpalitan ng enerhiya o bagay sa kapaligiran. Ito ay isang idealized na sistema, na, sa prinsipyo, ay hindi maaaring pag-aralan nang eksperimento.

sarado ang sistema ay maaaring makipagpalitan ng enerhiya sa kapaligiran, ngunit hindi nagpapalitan ng bagay.

bukas ang sistema ay nagpapalitan ng parehong enerhiya at bagay

Katayuan ng TDS

Katayuan ng TDS ay ang kabuuan ng lahat ng masusukat na macroscopic na katangian nito, na, samakatuwid, ay may quantitative expression. Ang macroscopic na katangian ng mga katangian ay nangangahulugan na maaari lamang silang maiugnay sa system sa kabuuan, at hindi sa mga indibidwal na particle na bumubuo sa TDS (T, p, V, c, U, n k). Ang mga quantitative na katangian ng estado ay magkakaugnay. Samakatuwid, mayroong isang minimum na hanay ng mga katangian ng system, na tinatawag na mga parameter , ang setting na nagbibigay-daan sa isa na ganap na ilarawan ang mga katangian ng system. Ang bilang ng mga parameter na ito ay depende sa uri ng system. Sa pinakasimpleng kaso, para sa isang saradong homogenous na sistema ng gas sa equilibrium, sapat na upang tukuyin lamang ang 2 mga parameter. Para sa isang bukas na sistema, bilang karagdagan sa 2 katangiang ito ng system, kinakailangan na tukuyin ang bilang ng mga moles ng bawat bahagi.

Ang mga variable ng thermodynamic ay nahahati sa:

- panlabas, na tinutukoy ng mga katangian at coordinate ng system sa kapaligiran at nakasalalay sa mga contact ng system sa kapaligiran, halimbawa, ang masa at bilang ng mga bahagi, ang lakas ng electric field, ang bilang ng mga naturang variable ay limitado. ;

- panloob, na nagpapakilala sa mga katangian ng system, halimbawa, density, panloob na enerhiya, ang bilang ng mga naturang parameter ay walang limitasyon;

- malawak, na direktang proporsyonal sa masa ng system o ang bilang ng mga particle, halimbawa, dami, enerhiya, entropy, kapasidad ng init;

-matindi, na hindi nakasalalay sa masa ng system, halimbawa, temperatura, presyon.

Ang mga parameter ng TDS ay magkakaugnay ng kaugnayan, na tinatawag equation ng estado mga sistema. Pangkalahatang pananaw nito f(p, V , T)= 0. Isa sa pinakamahalagang gawain ng FH ay ang hanapin ang equation ng estado para sa anumang sistema. Sa ngayon, ang eksaktong equation ng estado ay kilala lamang para sa mga ideal na gas (ang Clapeyron-Mendeleev equation).

pV = nRT, ( 1.1)

saan R– universal gas constant = 8.314 J/(mol.K) .

[p] \u003d Pa, 1 atm \u003d 1.013 * 10 5 Pa \u003d 760 mm Hg,

[V] \u003d m 3, [T] \u003d K, [n] \u003d mol, N \u003d 6.02 * 1023 mol-1. Ang mga tunay na gas ay tinatayang inilarawan lamang ng equation na ito, at kung mas mataas ang presyon at mas mababa ang temperatura, mas malaki ang paglihis mula sa equation na ito ng estado.

Makilala punto ng balanse at nonequilibrium estado ng TDS.

Ang klasikal na termodinamika ay karaniwang limitado sa pagsasaalang-alang ng mga estado ng ekwilibriyo ng mga malapit na sistemang binary. Punto ng balanse - ito ay isang estado kung saan ang TDS ay kusang dumarating, at kung saan maaari itong umiral nang walang katiyakan sa kawalan ng mga panlabas na impluwensya. Upang matukoy ang estado ng equilibrium, ang isang mas maliit na bilang ng mga parameter ay palaging kinakailangan kaysa para sa mga sistemang hindi balanse.

Ang estado ng balanse ay nahahati sa:

- napapanatiling(stable) na estado kung saan ang anumang walang katapusang maliit na aksyon ay nagdudulot lamang ng napakaliit na pagbabago sa estado, at kapag ang epektong ito ay inalis, ang sistema ay babalik sa orihinal nitong estado;

- metatable isang estado kung saan ang ilang mga huling impluwensya ay nagdudulot ng mga pagbabago sa panghuling estado na hindi nawawala kapag ang mga impluwensyang ito ay inalis.

Ang isang pagbabago sa estado ng isang TDS na nauugnay sa isang pagbabago sa hindi bababa sa isa sa mga thermodynamic variable nito ay tinatawag prosesong thermodynamic. Ang isang tampok ng paglalarawan ng mga thermodynamic na proseso ay ang mga ito ay nailalarawan hindi sa pamamagitan ng rate ng pagbabago sa mga katangian, ngunit sa pamamagitan ng magnitude ng mga pagbabago. Ang isang proseso sa thermodynamics ay isang pagkakasunud-sunod ng mga estado ng system na humahantong mula sa unang hanay ng mga thermodynamic parameter hanggang sa huling isa. Mayroong mga sumusunod na proseso ng thermodynamic:

- kusang-loob, para sa pagpapatupad kung saan hindi kinakailangan na gumastos ng enerhiya;

- hindi kusang, nangyayari lamang sa paggasta ng enerhiya;

- hindi maibabalik(o non-equilibrium) - kapag bilang resulta ng proseso ay imposibleng ibalik ang system sa orihinal nitong estado.

-nababaligtad ay mga ideyal na proseso na pabalik-balik sa parehong mga intermediate na estado, at pagkatapos makumpleto ang cycle, hindi nagbabago ang sistema o ang kapaligiran.

Mga function ng katayuan ay ang mga katangian ng sistema na nakadepende lamang sa mga parameter ng estado, ngunit hindi nakadepende sa paraan ng pagkamit nito.

Ang mga pag-andar ng estado ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod na katangian:

Isang infinitesimal na pagbabago sa isang function f ay isang kabuuang pagkakaiba df;

Ang pagbabago ng function sa panahon ng paglipat mula sa estado 1 hanggang sa estado 2 ay tinutukoy lamang ng mga estadong ito ∫ df \u003d f 2 - f 1

Bilang resulta ng anumang proseso ng paikot, hindi nagbabago ang function ng estado, i.e. katumbas ng zero.

Ang init at trabaho– mga paraan ng pagpapalitan ng enerhiya sa pagitan ng CDS at ng kapaligiran. Ang init at trabaho ay mga katangian ng isang proseso, hindi sila mga function ng estado.

Trabaho- isang anyo ng pagpapalitan ng enerhiya sa antas ng macroscopic, kapag may nakadirekta na paggalaw ng bagay. Ang trabaho ay itinuturing na positibo kung ito ay isinasagawa ng sistema laban sa mga panlabas na puwersa.

Init- isang anyo ng pagpapalitan ng enerhiya sa antas ng mikroskopiko, i.e. sa anyo ng pagbabago sa magulong paggalaw ng mga molekula. Nakaugalian na isaalang-alang ang init na natanggap ng system at ang gawaing ginawa dito bilang positibo, i.e. gumagana ang "egoistic na prinsipyo". .

Ang pinakakaraniwang ginagamit na mga yunit ng enerhiya at trabaho, partikular sa thermodynamics, ay ang SI joule (J) at ang off-system unit, ang calorie (1 cal = 4.18 J).

Depende sa likas na katangian ng bagay, mayroong iba't ibang uri ng trabaho:

1. Mekanikal - galaw ng katawan

dA mech = - F ex dl.(2.1)

Ang trabaho ay ang scalar product ng 2 vectors ng force at displacement, i.e.

|dА fur | = F dl cosα. Kung ang direksyon ng panlabas na puwersa ay kabaligtaran sa pag-aalis ng mga panloob na pwersa, kung gayon cosα < 0.

2. Pagpapalawak ng trabaho (pinakakaraniwang itinuturing na pagpapalawak ng gas)

dА = - р dV (1.7)

Gayunpaman, dapat tandaan na ang expression na ito ay may bisa lamang para sa isang nababaligtad na proseso.

3. Electrical – paggalaw ng mga singil sa kuryente

dА el = -jdq,(2.2)

saan j- potensyal na elektrikal.

4. mababaw - pagbabago sa ibabaw na lugar,

dA ibabaw = -sdS,(2.3)

saan s- pag-igting sa ibabaw.

5. Pangkalahatang pagpapahayag para sa trabaho

dА = - Ydx,(2.4)

Y- pangkalahatang puwersa, dx- generalised coordinate, kaya ang trabaho ay maituturing na ang produkto ng isang masinsinang salik at isang pagbabago sa isang malawak.

6. Lahat ng uri ng trabaho, maliban sa pagpapalawak ng trabaho, ay tinatawag kapaki-pakinabang trabaho (dA'). dА = рdV + dА’ (2.5)

7. Sa pamamagitan ng pagkakatulad, maaari nating ipakilala ang konsepto kemikal gumana kapag ito ay gumagalaw sa direksyon k ika kemikal, nk ay isang malawak na pag-aari, habang ang masinsinang parameter m k tinatawag na potensyal na kemikal k ika sangkap

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

Panimula. Paksa ng heat engineering. Pangunahing konsepto at kahulugan. Thermodynamic system. Mga pagpipilian sa katayuan. Temperatura. Presyon. Tiyak na dami. Equation ng estado. Van der Waals equation .

Ratio sa pagitan ng mga yunit:

1 bar = 10 5 Pa

1 kg / cm 2 (atmosphere) \u003d 9.8067 10 4 Pa

1mmHg st (milimetro ng mercury) = 133 Pa

1 mm w.c. Art. (millimeter of water column) = 9.8067 Pa

Densidad - ang ratio ng mass ng isang substance sa volume na sinasakop nito.

Tiyak na dami - ang kapalit ng density, i.e. ang ratio ng volume na inookupahan ng isang substance sa masa nito.

Kahulugan: Kung ang hindi bababa sa isa sa mga parameter ng anumang katawan na pumapasok sa system ay nagbabago sa isang thermodynamic system, kung gayon prosesong thermodynamic .

Mga pangunahing thermodynamic na parameter ng estado P, V, T ang homogenous na katawan ay nakasalalay sa isa't isa at magkaugnay sa pamamagitan ng equation ng estado:

F(P, V, T)

Para sa isang perpektong gas, ang equation ng estado ay nakasulat bilang:

P- presyon

v- tiyak na dami

T- temperatura

R- gas constant (bawat gas ay may sariling halaga)

Kung ang equation ng estado ay kilala, pagkatapos ay upang matukoy ang estado ng pinakasimpleng mga sistema, ito ay sapat na upang malaman ang dalawang independiyenteng mga variable mula sa 3

P \u003d f1 (v, t); v = f2 (P, T); T = f3(v, P).

Ang mga proseso ng thermodynamic ay madalas na inilalarawan sa mga graph ng estado, kung saan ang mga parameter ng estado ay naka-plot kasama ang mga palakol. Ang mga punto sa eroplano ng naturang graph ay tumutugma sa isang tiyak na estado ng system, ang mga linya sa graph ay tumutugma sa mga thermodynamic na proseso na naglilipat ng system mula sa isang estado patungo sa isa pa.

Isaalang-alang ang isang thermodynamic system na binubuo ng isang katawan ng ilang gas sa isang sisidlan na may piston, at ang sisidlan at piston sa kasong ito ay ang panlabas na kapaligiran.

Hayaan, halimbawa, ang gas sa sisidlan ay pinainit, posible ang dalawang kaso:

1) Kung ang piston ay naayos at ang lakas ng tunog ay hindi nagbabago, pagkatapos ay magkakaroon ng pagtaas ng presyon sa sisidlan. Ang ganitong proseso ay tinatawag isochoric(v = const) pagpunta sa pare-pareho ang lakas ng tunog;

kanin. 1.1. Isochoric na mga proseso sa P-T mga coordinate: v1 >v2 >v3

2) Kung ang piston ay libre, kung gayon ang pinainit na gas ay lalawak, sa pare-pareho ang presyon, ang prosesong ito ay tinatawag isobaric (P= const), pagpunta sa isang pare-pareho ang presyon.

kanin. 1.2 Isobaric na mga proseso sa v - T mga coordinate: P1>P2>P3

Kung, sa pamamagitan ng paggalaw ng piston, binago mo ang dami ng gas sa sisidlan, kung gayon ang temperatura ng gas ay magbabago din, gayunpaman, sa pamamagitan ng paglamig sa sisidlan sa panahon ng compression ng gas at pag-init sa panahon ng pagpapalawak, maaari mong makamit na ang temperatura ay maging pare-pareho sa mga pagbabago sa dami at presyon, ang ganitong proseso ay tinatawag isothermal (T= const).

kanin. 1.3 Isothermal na mga proseso sa P-v mga coordinate: T 1 >T 2 >T 3

Ang proseso kung saan walang pagpapalitan ng init sa pagitan ng system at ng kapaligiran ay tinatawag adiabatic, habang ang dami ng init sa sistema ay nananatiling pare-pareho ( Q= const). Sa totoong buhay, ang mga proseso ng adiabatic ay hindi umiiral, dahil hindi posible na ganap na ihiwalay ang system mula sa kapaligiran. Gayunpaman, ang mga proseso ay madalas na nangyayari kung saan ang palitan ng init sa kapaligiran ay napakaliit, halimbawa, ang mabilis na pag-compress ng gas sa isang sisidlan sa pamamagitan ng isang piston, kapag ang init ay walang oras upang alisin dahil sa pag-init ng piston at sisidlan.

kanin. 1.4 Tinatayang graph ng proseso ng adiabatic sa P-v mga coordinate.

Kahulugan: Circular na Proseso (Ikot) - ay isang set ng mga proseso na nagbabalik ng system sa orihinal nitong estado. Ang bilang ng mga hiwalay na proseso ay maaaring maging anumang numero sa isang cycle.

Ang konsepto ng isang pabilog na proseso ay susi para sa amin sa thermodynamics, dahil ang pagpapatakbo ng isang nuclear power plant ay batay sa isang steam-water cycle, sa madaling salita, maaari nating isaalang-alang ang pagsingaw ng tubig sa core, ang pag-ikot ng turbine rotor sa pamamagitan ng singaw, ang condensation ng singaw at ang daloy ng tubig sa core bilang isang uri ng closed thermodynamic na proseso o cycle.

Kahulugan: Katawan ng nagtatrabaho - isang tiyak na halaga ng isang sangkap na, nakikilahok sa isang thermodynamic cycle, ay gumaganap ng kapaki-pakinabang na gawain. Ang gumaganang likido sa planta ng RBMK reactor ay tubig, na, pagkatapos ng pagsingaw sa core sa anyo ng singaw, ay gumagana sa turbine, na umiikot sa rotor.

Kahulugan: Ang paglipat ng enerhiya sa isang thermodynamic na proseso mula sa isang katawan patungo sa isa pa, na nauugnay sa isang pagbabago sa dami ng gumaganang likido, kasama ang paggalaw nito sa panlabas na espasyo o may pagbabago sa posisyon nito ay tinatawag na proseso ng trabaho .

Thermodynamic system

Isinasaalang-alang ng teknikal na thermodynamics (t / d) ang mga batas ng magkaparehong pagbabago ng init sa trabaho. Itinatag nito ang ugnayan sa pagitan ng mga proseso ng thermal, mekanikal at kemikal na nangyayari sa mga thermal at refrigeration machine, pinag-aaralan ang mga prosesong nagaganap sa mga gas at singaw, pati na rin ang mga katangian ng mga katawan na ito sa ilalim ng iba't ibang pisikal na kondisyon.

Ang Thermodynamics ay batay sa dalawang pangunahing batas (simula) ng thermodynamics:

I batas ng thermodynamics- ang batas ng pagbabago at pag-iingat ng enerhiya;

II batas ng thermodynamics- nagtatatag ng mga kondisyon para sa daloy at direksyon ng mga macroscopic na proseso sa mga system na binubuo ng isang malaking bilang ng mga particle.

Ang teknikal na t/d, ang paglalapat ng mga pangunahing batas sa mga proseso ng pag-convert ng init sa gawaing mekanikal at kabaligtaran, ay ginagawang posible na bumuo ng mga teorya ng mga makina ng init, upang pag-aralan ang mga prosesong nagaganap sa kanila, atbp.

Ang layunin ng pag-aaral ay thermodynamic system, na maaaring isang pangkat ng mga katawan, isang katawan o isang bahagi ng isang katawan. Kung ano ang nasa labas ng sistema ay tinatawag kapaligiran. Ang T/D system ay isang hanay ng mga macroscopic na katawan na nagpapalitan ng enerhiya sa isa't isa at sa kapaligiran. Halimbawa: t / d system - gas na matatagpuan sa isang silindro na may piston, at ang kapaligiran - isang silindro, piston, hangin, mga dingding ng silid.

nakahiwalay na sistema - t / d system na hindi nakikipag-ugnayan sa kapaligiran.

Sistema ng Adiabatic (init-insulated). - ang system ay may adiabatic shell, na hindi kasama ang heat exchange (heat exchange) sa kapaligiran.

homogenous na sistema - isang sistema na may parehong komposisyon at pisikal na katangian sa lahat ng bahagi nito.

homogenous na sistema - isang homogenous na sistema sa komposisyon at pisikal na istraktura, sa loob kung saan walang mga interface (yelo, tubig, gas).

heterogenous na sistema - isang sistema na binubuo ng ilang magkakatulad na bahagi (phase) na may iba't ibang pisikal na katangian, na pinaghihiwalay mula sa isa't isa sa pamamagitan ng nakikitang mga interface (yelo at tubig, tubig at singaw).
Sa mga makina ng init (mga makina), ang gawaing mekanikal ay isinasagawa sa tulong ng mga likidong nagtatrabaho - gas, singaw.

Ang mga katangian ng bawat sistema ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang bilang ng mga dami, na karaniwang tinatawag na thermodynamic parameter. Isaalang-alang natin ang ilan sa mga ito, gamit ang mga molecular-kinetic na konsepto na kilala mula sa kurso ng pisika tungkol sa isang perpektong gas bilang isang koleksyon ng mga molekula na may napakaliit na sukat, ay nasa random na thermal motion at nakikipag-ugnayan sa isa't isa lamang sa panahon ng banggaan.

Ang presyur ay dahil sa pakikipag-ugnayan ng mga molekula ng gumaganang likido sa ibabaw at ayon sa numero ay katumbas ng puwersa na kumikilos sa unit surface area ng katawan kasama ang normal hanggang sa huli. Alinsunod sa teorya ng molecular kinetic, ang presyon ng gas ay tinutukoy ng kaugnayan

saan n ay ang bilang ng mga molekula bawat dami ng yunit;

t ay ang masa ng molekula; mula noong 2 ay ang root-mean-square velocity ng translational motion ng mga molecule.

Sa International System of Units (SI), ang presyon ay ipinahayag sa pascals (1 Pa = 1 N/m2). Dahil maliit ang yunit na ito, mas madaling gamitin ang 1 kPa = 1000 Pa at 1 MPa = 10 6 Pa.

Ang presyon ay sinusukat gamit ang pressure gauge, barometer at vacuum gauge.

Ang likido at spring pressure gauge ay sumusukat sa gauge pressure, na siyang pagkakaiba sa pagitan ng kabuuan o ganap na presyon. R sinusukat ang medium at atmospheric pressure

p atm, ibig sabihin.

Ang mga aparato para sa pagsukat ng mga presyon sa ibaba ng atmospera ay tinatawag na mga vacuum gauge; ang kanilang mga pagbabasa ay nagbibigay ng halaga ng vacuum (o vacuum):

ibig sabihin, ang labis na presyon ng atmospera sa ganap na presyon.

Tandaan na ang parameter ng estado ay ganap na presyon. Ito ang pumapasok sa mga thermodynamic equation.

temperaturatinatawag na pisikal na dami nagpapakilala sa antas ng pag-init ng katawan. Ang konsepto ng temperatura ay sumusunod mula sa sumusunod na pahayag: kung ang dalawang mga sistema ay nasa thermal contact, kung gayon kung ang kanilang mga temperatura ay hindi pantay, sila ay magpapalitan ng init sa isa't isa, ngunit kung ang kanilang mga temperatura ay pantay, pagkatapos ay walang palitan ng init.

Mula sa punto ng view ng molecular kinetic concepts, ang temperatura ay isang sukatan ng intensity ng thermal motion ng mga molecule. Ang numerical value nito ay nauugnay sa halaga ng average na kinetic energy ng mga molecule ng substance:

saan k ang Boltzmann constant ba ay katumbas ng 1.380662.10? 23 J/K. Ang temperaturang T na tinukoy sa ganitong paraan ay tinatawag na absolute.

Sa sistema ng SI, ang yunit ng temperatura ay ang kelvin (K); sa pagsasagawa, ang degree Celsius (°C) ay malawakang ginagamit. Ang ratio sa pagitan ng absolute T at sentigrado ako may anyo ang mga temperatura

Sa mga kondisyong pang-industriya at laboratoryo, sinusukat ang temperatura gamit ang mga likidong thermometer, pyrometer, thermocouples at iba pang mga instrumento.

Tiyak na dami v— ay ang volume bawat yunit ng masa ng isang sangkap. Kung isang homogenous body of mass M sumasakop sa volume v, pagkatapos ay sa pamamagitan ng kahulugan

v= V/M.

Sa sistema ng SI, ang yunit ng tiyak na volume ay 1 m 3 /kg. Mayroong isang malinaw na kaugnayan sa pagitan ng tiyak na dami ng isang sangkap at ang density nito:

Upang ihambing ang mga dami na nagpapakilala sa mga sistema sa parehong mga estado, ang konsepto ng "normal na pisikal na kondisyon" ay ipinakilala:

p= 760 mmHg = 101.325 kPa; T= 273,15 K.

Sa iba't ibang sangay ng teknolohiya at iba't ibang bansa ay ipinakilala nila ang kanilang sarili, medyo naiiba sa itaas na "normal na kondisyon", halimbawa, "teknikal" ( p= 735.6 mmHg = 98 kPa, t= 15?C) o normal na mga kondisyon para sa pagtantya ng pagganap ng mga compressor ( p= 101.325 kPa, t\u003d 20? C), atbp.

Kung ang lahat ng mga thermodynamic na parameter ay pare-pareho sa oras at pareho sa lahat ng mga punto ng system, kung gayon ang estado na ito ng system ay tinatawag na balanseng tagsibol.

Kung may mga pagkakaiba sa temperatura, presyon at iba pang mga parameter sa pagitan ng iba't ibang mga punto sa system, kung gayon ito ay hindi ekwilibriyo. Sa ganoong sistema, sa ilalim ng impluwensya ng mga gradient ng mga parameter, ang mga daloy ng init, mga sangkap, at iba pa ay lumitaw, na may posibilidad na ibalik ito sa isang estado ng balanse. Ipinakikita iyon ng karanasan ang isang nakahiwalay na sistema ay palaging napupunta sa isang estado ng ekwilibriyo sa paglipas ng panahon at hindi kailanman maaaring kusang makaalis dito. Sa klasikal na termodinamika, ang mga sistema ng ekwilibriyo lamang ang isinasaalang-alang.

Equation ng estado. Para sa isang equilibrium thermodynamic system, mayroong isang functional na relasyon sa pagitan ng mga parameter ng estado, na tinatawag equation ng estado. Ipinapakita ng karanasan na ang tiyak na volume, temperatura at presyon ng pinakasimpleng sistema, na mga gas, singaw o likido, ay magkakaugnay. thermal equation tingnan ang estado:

Ang equation ng estado ay maaaring bigyan ng isa pang anyo:

Ang mga equation na ito ay nagpapakita na sa tatlong pangunahing mga parameter na tumutukoy sa estado ng system, alinman sa dalawa ay independyente.

Upang malutas ang mga problema sa pamamagitan ng mga thermodynamic na pamamaraan, ganap na kinakailangan upang malaman ang equation ng estado. Gayunpaman, hindi ito maaaring makuha sa loob ng balangkas ng thermodynamics at dapat matagpuan alinman sa eksperimento o sa pamamagitan ng mga pamamaraan ng istatistikal na pisika. Ang tiyak na anyo ng equation ng estado ay nakasalalay sa mga indibidwal na katangian ng sangkap.

Ang Thermodynamics ay isang agham na nag-aaral sa pangkalahatang mga pattern ng daloy ng mga proseso na sinamahan ng pagpapalabas, pagsipsip at pagbabago ng enerhiya. Pinag-aaralan ng thermodynamics ng kemikal ang magkaparehong pagbabago ng enerhiya ng kemikal at ang iba pang mga anyo nito - thermal, light, electrical, atbp., Itinatatag ang dami ng mga batas ng mga transition na ito, at ginagawang posible na mahulaan ang katatagan ng mga sangkap sa ilalim ng ibinigay na mga kondisyon at ang kanilang kakayahang pumasok sa ilang mga reaksiyong kemikal. Ang object ng thermodynamic consideration ay tinatawag na thermodynamic system o simpleng system.

Sistema- anumang bagay ng kalikasan, na binubuo ng isang malaking bilang ng mga molekula (mga yunit ng istruktura) at pinaghihiwalay mula sa iba pang mga bagay ng kalikasan sa pamamagitan ng isang tunay o haka-haka na hangganan sa ibabaw (interface).

Ang estado ng system ay isang hanay ng mga katangian ng system na nagpapahintulot sa pagtukoy ng sistema mula sa punto ng view ng thermodynamics.

Mga uri ng thermodynamic system:

ako. Sa likas na katangian ng pagpapalitan ng bagay at enerhiya sa kapaligiran:

1. Isolated system - hindi nakikipagpalitan ng bagay o enerhiya sa kapaligiran (Δm = 0; ΔE = 0) - thermos.

2. Closed system - hindi nakikipagpalitan ng bagay sa kapaligiran, ngunit maaaring makipagpalitan ng enerhiya (closed flask na may reagents).

3. Open system - maaaring makipagpalitan sa kapaligiran, parehong bagay at enerhiya (ang katawan ng tao).

II. Ayon sa pinagsama-samang estado:

1. Homogeneous - ang kawalan ng matalim na pagbabago sa pisikal at kemikal na mga katangian sa panahon ng paglipat mula sa isang lugar ng system patungo sa isa pa (binubuo sila ng isang yugto).

2. Heterogenous - dalawa o higit pang homogenous na sistema sa isa (binubuo ng dalawa o higit pang mga phase).

Phase- ito ay isang bahagi ng system, homogenous sa lahat ng mga punto sa komposisyon at mga katangian at pinaghihiwalay mula sa iba pang mga bahagi ng system sa pamamagitan ng interface. Ang isang halimbawa ng isang homogenous na sistema ay isang may tubig na solusyon. Ngunit kung ang solusyon ay puspos at may mga kristal ng asin sa ilalim ng sisidlan, kung gayon ang sistema na isinasaalang-alang ay magkakaiba (mayroong hangganan ng bahagi). Ang simpleng tubig ay isa pang halimbawa ng isang homogenous na sistema, ngunit ang tubig na may yelo na lumulutang dito ay isang heterogenous na sistema.

phase transition- mga pagbabagong bahagi (pagtunaw ng yelo, pagkulo ng tubig).

Thermodynamic na proseso- ang paglipat ng isang thermodynamic system mula sa isang estado patungo sa isa pa, na palaging nauugnay sa isang paglabag sa equilibrium ng system.

Pag-uuri ng mga proseso ng thermodynamic:

7. Isothermal - pare-pareho ang temperatura - T = const

8. Isobaric - pare-pareho ang presyon - p = const

9. Isochoric - pare-pareho ang dami - V = const

karaniwang kondisyon ay ang estado ng system na may kondisyong pinili bilang pamantayan para sa paghahambing.

Para sa yugto ng gas- ito ang estado ng isang chemically pure substance sa gas phase sa ilalim ng standard pressure na 100 kPa (bago 1982 - 1 standard atmosphere, 101,325 Pa, 760 mmHg), na nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng mga katangian ng isang ideal na gas.

Para sa purong yugto, halo o solvent sa isang likido o solid na estado ng pagsasama-sama - ito ang estado ng isang kemikal na purong sangkap sa isang likido o solidong bahagi sa ilalim ng karaniwang presyon.

Para sa solusyon- ay ang estado ng isang solute na may karaniwang molality na 1 mol/kg, sa ilalim ng karaniwang presyon o karaniwang konsentrasyon, batay sa mga kondisyon na ang solusyon ay walang limitasyong diluted.

Para sa chemically pure substance ay isang sangkap sa isang mahusay na tinukoy na estado ng pagsasama-sama sa ilalim ng isang mahusay na tinukoy, ngunit arbitrary, karaniwang presyon.

Sa kahulugan ng karaniwang estado hindi kasama ang karaniwang temperatura, bagaman madalas nilang pinag-uusapan ang karaniwang temperatura, na 25 ° C (298.15 K).

2.2. Mga pangunahing konsepto ng thermodynamics: panloob na enerhiya, trabaho, init

Panloob na enerhiya U- ang kabuuang reserba ng enerhiya, kabilang ang paggalaw ng mga molekula, panginginig ng boses ng mga bono, paggalaw ng mga electron, nuclei, atbp., i.e. lahat ng uri ng enerhiya maliban sa kinetic at potensyal na enerhiya mga sistema sa kabuuan.

Imposibleng matukoy ang halaga ng panloob na enerhiya ng anumang sistema, ngunit posible na matukoy ang pagbabago sa panloob na enerhiya ΔU na nangyayari sa isang partikular na proseso sa panahon ng paglipat ng system mula sa isang estado (na may enerhiya U 1) patungo sa isa pa (may enerhiya U 2):

Ang ΔU ay nakasalalay sa uri at dami ng sangkap na isinasaalang-alang at ang mga kondisyon ng pagkakaroon nito.

Ang kabuuang panloob na enerhiya ng mga produkto ng reaksyon ay naiiba mula sa kabuuang panloob na enerhiya ng mga panimulang materyales, dahil sa panahon ng reaksyon, ang mga shell ng elektron ng mga atomo ng mga nakikipag-ugnayang molekula ay muling inaayos.