hệ thống nhiệt động lực học- đây là một bộ phận của thế giới vật chất, ngăn cách với môi trường bằng ranh giới thực hoặc tưởng tượng và là đối tượng nghiên cứu của nhiệt động lực học. Môi trường lớn hơn nhiều về khối lượng, và do đó những thay đổi trong đó là không đáng kể so với sự thay đổi trạng thái của hệ thống. Không giống như các hệ thống cơ học bao gồm một hoặc nhiều vật thể, hệ thống nhiệt động lực học chứa một số lượng rất lớn các hạt, tạo ra các tính chất hoàn toàn mới và đòi hỏi các cách tiếp cận khác nhau để mô tả trạng thái và hành vi của các hệ thống đó. Hệ thống nhiệt động lực học là đối tượng vĩ mô.

Phân loại các hệ nhiệt động

1. Thành phần

Một hệ thống nhiệt động bao gồm các thành phần. Thành phần - đây là chất có thể tách biệt khỏi hệ thống và tồn tại bên ngoài nó, tức là thành phần là các chất độc lập.

một thành phần.

Hai thành phần, hoặc nhị phân.

Ba thành phần - ba.

đa thành phần.

2. Theo thành phần pha- đồng nhất và không đồng nhất

đồng nhất các hệ thống có các tính chất vĩ mô giống nhau tại bất kỳ điểm nào trong hệ thống, chủ yếu là nhiệt độ, áp suất, nồng độ và nhiều yếu tố khác, chẳng hạn như chiết suất, điện môi, cấu trúc tinh thể, v.v. Các hệ thống đồng nhất bao gồm một pha.

Giai đoạn- đây là một phần đồng nhất của hệ thống, được ngăn cách với các pha khác bởi giao diện và được đặc trưng bởi phương trình trạng thái riêng của nó. Giai đoạn và trạng thái tập hợp là các khái niệm chồng chéo nhưng không đồng nhất. Chỉ có 4 trạng thái tổng hợp, có thể có nhiều giai đoạn hơn.

không đồng nhất hệ thống bao gồm ít nhất hai giai đoạn.

3. Theo các loại kết nối với môi trường(theo khả năng trao đổi với môi trường).

Bị cô lập Hệ không trao đổi năng lượng, vật chất với môi trường. Đây là một hệ thống lý tưởng hóa, về nguyên tắc, không thể nghiên cứu bằng thực nghiệm.

đóng cửa hệ có thể trao đổi năng lượng với môi trường, nhưng không trao đổi vật chất.

mở hệ trao đổi cả năng lượng và vật chất

trạng thái TDS

trạng thái TDS là tổng của tất cả các thuộc tính vĩ mô có thể đo lường được của nó, do đó, có một biểu thức định lượng. Bản chất vĩ mô của các thuộc tính có nghĩa là chúng chỉ có thể được quy cho toàn bộ hệ thống chứ không phải cho các hạt riêng lẻ tạo nên TDS (T, p, V, c, U, n k). Các đặc trưng về lượng của nhà nước có mối liên hệ với nhau. Do đó, có một tập hợp tối thiểu các đặc điểm của hệ thống, được gọi là thông số , cài đặt cho phép một người mô tả đầy đủ các thuộc tính của hệ thống. Số lượng các tham số này phụ thuộc vào loại hệ thống. Trong trường hợp đơn giản nhất, đối với một hệ thống khí đồng nhất khép kín ở trạng thái cân bằng, chỉ cần xác định 2 tham số là đủ. Đối với hệ hở, ngoài 2 đặc điểm này của hệ còn phải xác định số mol mỗi cấu tử.

Các biến nhiệt động được chia thành:

- bên ngoài, được xác định bởi các thuộc tính và tọa độ của hệ thống trong môi trường và phụ thuộc vào các liên hệ của hệ thống với môi trường, ví dụ, khối lượng và số lượng các thành phần, cường độ của điện trường, số lượng các biến đó bị hạn chế ;

- nội bộ, đặc trưng cho các thuộc tính của hệ thống, ví dụ mật độ, năng lượng bên trong, số lượng các tham số đó là không giới hạn;

- rộng rãi, tỷ lệ thuận với khối lượng của hệ thống hoặc số lượng hạt, ví dụ, khối lượng, năng lượng, entropy, nhiệt dung;

-mãnh liệt, không phụ thuộc vào khối lượng của hệ, ví dụ nhiệt độ, áp suất.

Các tham số của TDS được kết nối với nhau bởi mối quan hệ, được gọi là phương trình trạng thái các hệ thống. Nhìn chung về nó f(p,V , T)= 0. Một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất của FH là tìm phương trình trạng thái cho bất kỳ hệ thống nào. Cho đến nay, phương trình trạng thái chính xác chỉ được biết đến đối với khí lý tưởng (phương trình Clapeyron-Mendeleev).

pV = nRT, ( 1.1)

Ở đâu r– hằng số khí phổ quát = 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. Khí thực chỉ được mô tả gần đúng bằng phương trình này, và áp suất càng cao và nhiệt độ càng thấp thì độ lệch khỏi phương trình trạng thái này càng lớn.

Phân biệt cân bằng Và không cân bằng trạng thái của TDS.

Nhiệt động lực học cổ điển thường bị giới hạn trong việc xem xét các trạng thái cân bằng của các hệ nhị phân gần. cân bằng - đây là trạng thái mà TDS xuất hiện một cách tự nhiên và trong đó nó có thể tồn tại vô thời hạn khi không có tác động bên ngoài. Để xác định trạng thái cân bằng, luôn cần một số lượng tham số nhỏ hơn so với các hệ không cân bằng.

Trạng thái cân bằng được chia thành:

- bền vững trạng thái (ổn định) trong đó bất kỳ hành động nhỏ vô hạn nào cũng chỉ gây ra một thay đổi vô cùng nhỏ về trạng thái và khi tác động này bị loại bỏ, hệ thống sẽ trở lại trạng thái ban đầu;

- siêu bền một trạng thái trong đó một số ảnh hưởng cuối cùng gây ra những thay đổi trạng thái cuối cùng không biến mất khi những ảnh hưởng này bị loại bỏ.

Sự thay đổi trạng thái của TDS liên quan đến sự thay đổi của ít nhất một trong các biến nhiệt động của nó được gọi là quá trình nhiệt động. Một đặc điểm của mô tả các quá trình nhiệt động lực học là chúng được đặc trưng không phải bởi tốc độ thay đổi tính chất, mà bởi cường độ của những thay đổi. Một quá trình trong nhiệt động lực học là một chuỗi các trạng thái của hệ dẫn từ tập hợp ban đầu các thông số nhiệt động lực học đến tập hợp cuối cùng. Có các quá trình nhiệt động sau:

- tự phát, để thực hiện không cần thiết phải tiêu tốn năng lượng;

- không tự phát, chỉ xảy ra khi tiêu hao năng lượng;

- không thể đảo ngược(hoặc không cân bằng) - khi kết quả của quá trình là không thể đưa hệ thống trở lại trạng thái ban đầu.

-có thể đảo ngược là các quá trình được lý tưởng hóa quay đi quay lại qua các trạng thái trung gian giống nhau và sau khi chu trình kết thúc, cả hệ thống và môi trường đều không thay đổi.

chức năng nhà nước là những đặc tính của hệ thống chỉ phụ thuộc vào các tham số của trạng thái mà không phụ thuộc vào phương pháp đạt được nó.

Các hàm trạng thái được đặc trưng bởi các tính chất sau:

Một sự thay đổi vô hạn trong một chức năng f là một sự khác biệt tổng df;

Sự thay đổi của chức năng trong quá trình chuyển đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 chỉ được xác định bởi các trạng thái này ∫ df \u003d f 2 - f 1

Do kết quả của bất kỳ quá trình tuần hoàn nào, hàm trạng thái không thay đổi, tức là bằng không.

Sự ấm áp và công việc– cách thức trao đổi năng lượng giữa CDS và môi trường. Nhiệt và công là đặc tính của một quá trình, chúng không phải là hàm trạng thái.

Công việc- một dạng trao đổi năng lượng ở cấp độ vĩ mô, khi có sự chuyển động có hướng của vật thể. Công được coi là tích cực nếu nó được thực hiện bởi hệ thống chống lại các lực lượng bên ngoài.

Nhiệt- một dạng trao đổi năng lượng ở cấp độ vi mô, tức là dưới dạng biến đổi chuyển động hỗn loạn của các phân tử. Theo thông lệ, nhiệt lượng mà hệ thống nhận được và công thực hiện trên nó là dương, tức là "nguyên tắc vị kỷ" hoạt động .

Các đơn vị năng lượng và công được sử dụng phổ biến nhất, đặc biệt trong nhiệt động lực học, là SI joule (J) và đơn vị ngoài hệ thống, calo (1 cal = 4,18 J).

Tùy thuộc vào tính chất của đối tượng, có các loại công việc khác nhau:

1. Cơ khí - chuyển động cơ thể

dA mech = - F ex dl.(2.1)

Công là tích vô hướng của 2 vectơ lực và độ dời, tức là

|dА lông | = F đl cosα. Nếu phương của ngoại lực ngược với phương của nội lực thì: cosα < 0.

2. công việc mở rộng (thường được coi là mở rộng khí)

dА = - р dV (1.7)

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng biểu thức này chỉ có giá trị đối với quá trình thuận nghịch.

3. điện - chuyển động của điện tích

dА el = -jdq,(2.2)

Ở đâu j- tài nguyên điện.

4. hời hợt - thay đổi diện tích bề mặt,

bề mặt dA = -sdS,(2.3)

Ở đâu S- sức căng bề mặt.

5. Biểu hiện chung cho công việc

dА = - Ydx,(2.4)

Y- lực lượng tổng quát, dx- tọa độ tổng quát, do đó công việc có thể được coi là tích của nhân tố chuyên sâu và sự thay đổi trong nhân tố mở rộng.

6. Tất cả các loại công tác, trừ công tác mở rộng, đều được gọi là hữu ích công việc (dA'). dА = рdV + dА’ (2.5)

7. Bằng cách tương tự, chúng ta có thể giới thiệu khái niệm hóa chất làm việc khi nó di chuyển có hướng k hóa chất, nk là một thuộc tính mở rộng, trong khi tham số chuyên sâu tôi kđược gọi là tiềm năng hóa học k chất thứ

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

HỆ THỐNG NHIỆT ĐỘNG

HỆ THỐNG NHIỆT ĐỘNG

Bộ vĩ mô các cơ thể, lúa mạch đen có thể tương tác với nhau và với các cơ thể khác (môi trường bên ngoài) - trao đổi năng lượng và vật chất với chúng. T. S. bao gồm một số lượng lớn các hạt cấu trúc (nguyên tử, phân tử) đến mức trạng thái của nó có thể được mô tả bằng phương pháp vĩ mô. các thông số: khối lượng riêng, áp suất, nồng độ v-in, tạo thành T. s., v.v.

CÂN BẰNG NHIỆT ĐỘNG), nếu các thông số của hệ thống không thay đổi theo thời gian và không có k.-l trong hệ thống. dòng tĩnh (nhiệt, in-va, v.v.). Cho T. cân bằng với . khái niệm nhiệt độ được giới thiệu như một tham số có cùng giá trị cho tất cả các vĩ mô. các bộ phận của hệ thống. Số lượng tham số trạng thái độc lập bằng với số bậc tự do của T. s. Phần còn lại của các tham số có thể được biểu thị dưới dạng các tham số độc lập bằng cách sử dụng phương trình trạng thái. Đảo thánh của trạng thái cân bằng T. s. nghiên cứu các quá trình cân bằng (nhiệt học); Quần đảo thần thánh của các hệ thống không cân bằng -.

Trong nhiệt động lực học, những điều sau đây được xem xét: các cặp nhiệt điện kín không trao đổi vật chất với các hệ thống khác, nhưng trao đổi vật chất và năng lượng với các hệ thống khác; T. s. đáng tin cậy, trong đó nó không có trong các hệ thống khác; T. s. bị cô lập, không trao đổi năng lượng hoặc vật chất với các hệ thống khác. Nếu hệ thống không bị cô lập, thì trạng thái của nó có thể thay đổi; thay đổi trạng thái của T. s. gọi điện quá trình nhiệt động học. T. S. có thể đồng nhất về mặt vật lý (hệ thống đồng nhất) và không đồng nhất (hệ thống không đồng nhất), bao gồm một số. các bộ phận đồng nhất với thể chất khác nhau. thánh bạn. Là kết quả của pha và chem. phép biến đổi (xem CHUYỂN GIAO PHA) đồng nhất T. s. có thể trở nên không đồng nhất và ngược lại.

Từ điển bách khoa vật lý. - M.: Bách khoa toàn thư Liên Xô. . 1983 .

HỆ THỐNG NHIỆT ĐỘNG

Bộ vĩ mô các cơ thể, lúa mạch đen có thể tương tác với nhau và với các cơ thể khác (môi trường bên ngoài) - trao đổi năng lượng và vật chất với chúng. T. S. bao gồm một số lượng lớn các hạt cấu trúc (nguyên tử, phân tử) đến mức trạng thái của nó có thể được mô tả bằng phương pháp vĩ mô. các thông số: mật độ, áp suất, nồng độ các chất tạo thành T. s., v.v.

T. S. cân bằng (cf. cân bằng nhiệt động học) nếu các tham số của hệ thống không thay đổi theo thời gian và không có k.-l. dòng tĩnh (nhiệt, vật chất, v.v.). Cho T. cân bằng với . khái niệm nhiệt độ Làm sao tham số trạng thái, có cùng giá trị cho tất cả các vĩ mô. các bộ phận của hệ thống. Số tham số trạng thái độc lập bằng số bậc tự do T. s., các tham số còn lại có thể được biểu thị dưới dạng các tham số độc lập bằng cách sử dụng phương trình trạng thái. Tính chất của trạng thái cân bằng T. s. học nhiệt động học quá trình cân bằng (nhiệt tĩnh), tính chất của hệ thống không cân bằng - nhiệt động học của các quá trình không cân bằng.

Trong nhiệt động lực học, những điều sau đây được xem xét: các hệ thống nhiệt khép kín không trao đổi vật chất với các hệ thống khác; hệ thống mở trao đổi vật chất và năng lượng với các hệ thống khác; đoạn nhiệt T. s., trong đó không có trao đổi nhiệt với các hệ thống khác; hệ cô lập T. đồng thể) và dị thể ( hệ dị thể) bao gồm một số phần đồng nhất với các thể chất khác nhau. của cải. Là kết quả của pha và chem. phép biến đổi (xem giai đoạn chuyển tiếp) đồng nhất T. s. có thể trở nên không đồng nhất và ngược lại.

sáng.: Epshtein P. S., Giáo trình nhiệt động lực học, xuyên. từ tiếng Anh, M.-L., 1948; Leontovich M. A., Nhập môn nhiệt động lực học, xuất bản lần thứ 2, M.-L., 1951; Samoilovich A, G., Thermodynamics i, 2nd ed., M., 1955.

Bách khoa toàn thư vật lý. Trong 5 tập. - M.: Bách khoa toàn thư Liên Xô. Tổng biên tập A. M. Prokhorov. 1988 .

Xem "HỆ ​​THỐNG NHIỆT ĐỘNG" là gì trong các từ điển khác:

Một cơ thể vĩ mô bị cô lập khỏi môi trường với sự trợ giúp của các phân vùng hoặc vỏ (chúng cũng có thể là tinh thần, có điều kiện) và được đặc trưng bởi các thông số vĩ mô: thể tích, nhiệt độ, áp suất, v.v. Đối với điều này ... ... Từ điển bách khoa toàn thư lớn

hệ thống nhiệt động lực học- hệ thống nhiệt động lực học; hệ thống Một tập hợp các cơ thể có thể tương tác năng lượng với nhau và với các cơ thể khác và trao đổi vật chất với chúng ... Từ điển giải thích thuật ngữ bách khoa

HỆ THỐNG NHIỆT ĐỘNG- một bộ vật lý các cơ thể có thể trao đổi năng lượng và vật chất với nhau và với các cơ thể khác (môi trường bên ngoài). T. S. là bất kỳ hệ thống nào bao gồm một số lượng rất lớn các phân tử, nguyên tử, điện tử và các hạt khác có nhiều ... ... Đại bách khoa toàn thư

hệ thống nhiệt động lực học- Một cơ thể (một tập hợp các cơ thể) có khả năng trao đổi năng lượng và (hoặc) vật chất với các cơ thể khác (giữa chúng với nhau). [Bộ sưu tập các điều khoản được đề xuất. Vấn đề 103. Nhiệt động lực học. Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô. Ủy ban thuật ngữ khoa học và kỹ thuật. 1984... Cẩm nang phiên dịch viên kỹ thuật

hệ thống nhiệt động lực học- - một phần không gian được chọn tùy ý chứa một hoặc nhiều chất và được ngăn cách với môi trường bên ngoài bằng một lớp vỏ thực hoặc có điều kiện. Hóa học đại cương: sách giáo khoa / A. V. Zholnin ... thuật ngữ hóa học

hệ thống nhiệt động lực học- một cơ thể vĩ mô được ngăn cách với môi trường bởi các ranh giới thực hoặc ảo, có thể được đặc trưng bởi các thông số nhiệt động lực học: thể tích, nhiệt độ, áp suất, v.v. Có sự cô lập, ... ... Từ điển bách khoa về luyện kim

Một cơ thể vĩ mô bị cô lập khỏi môi trường với sự trợ giúp của các phân vùng hoặc lớp vỏ (chúng cũng có thể là tinh thần, có điều kiện), có thể được đặc trưng bởi các thông số vĩ mô: thể tích, nhiệt độ, áp suất, v.v. Đối với ... ... từ điển bách khoa

Nhiệt động lực học ... Wikipedia

hệ thống nhiệt động lực học- termodinaminė sistema statusas T sritis chemija apibrėžtis Kūnas (kūnų visuma), kurį nuo aplinkos skiria reali ar įsivaizduojama riba. atitikmenys: engl. hệ thống nhiệt động lực học rus. hệ thống nhiệt động... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

hệ thống nhiệt động lực học- termodinaminė sistema statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. hệ thống nhiệt động vok. Hệ thống nhiệt động lực học, n rus. hệ thống nhiệt động lực học, f pranc. système thermodynamique, m … Fizikos terminų žodynas

Nhiệt động lực học là môn khoa học nghiên cứu các hiện tượng nhiệt xảy ra trong cơ thể mà không liên hệ chúng với cấu trúc phân tử của vật chất.

Trong nhiệt động lực học, người ta cho rằng tất cả các quá trình nhiệt trong cơ thể chỉ được đặc trưng bởi các tham số vĩ mô- áp suất, thể tích và nhiệt độ. Và vì chúng không thể được áp dụng cho các phân tử hoặc nguyên tử riêng lẻ, nên không giống như lý thuyết động học phân tử, trong nhiệt động lực học, cấu trúc phân tử của một chất trong các quá trình nhiệt không được tính đến.

Tất cả các khái niệm về nhiệt động lực học được hình thành dưới dạng tổng quát hóa các sự kiện quan sát được trong quá trình thí nghiệm. Bởi vì điều này, nó được gọi là lý thuyết hiện tượng (mô tả) về nhiệt.

hệ thống nhiệt động lực học

Nhiệt động lực học mô tả các quá trình nhiệt xảy ra trong các hệ vĩ mô. Những hệ thống như vậy bao gồm một số lượng lớn các hạt - phân tử và nguyên tử, và được gọi là nhiệt động lực học.

hệ thống nhiệt động lực học có thể được coi là bất kỳ đối tượng nào có thể nhìn thấy bằng mắt thường hoặc với sự trợ giúp của kính hiển vi, kính viễn vọng và các dụng cụ quang học khác. Điều chính là kích thước của hệ thống trong không gian và thời gian tồn tại của nó cho phép đo các tham số của nó - nhiệt độ, áp suất, khối lượng, thành phần hóa học của các nguyên tố, v.v., bằng cách sử dụng các thiết bị không phản ứng với ảnh hưởng của các phân tử riêng lẻ (đồng hồ đo áp suất, nhiệt kế, v.v.).

Đối với các nhà hóa học, một hệ thống nhiệt động lực học là một hỗn hợp các hóa chất tương tác với nhau trong một phản ứng hóa học. Các nhà vật lý thiên văn sẽ gọi một hệ thống như vậy là một thiên thể. Hỗn hợp nhiên liệu và không khí trong động cơ ô tô, quả địa cầu, cơ thể chúng ta, cây bút viết, cuốn sổ, máy công cụ, v.v... cũng là hệ nhiệt động lực học.

Mỗi hệ nhiệt động được ngăn cách với môi trường bởi các ranh giới. Chúng có thể là thật - thành kính của ống nghiệm có hóa chất, thân xi lanh trong động cơ, v.v. Và chúng có thể có điều kiện, chẳng hạn như khi chúng nghiên cứu sự hình thành của một đám mây trong khí quyển.

Nếu một hệ thống như vậy không trao đổi năng lượng hoặc vật chất với môi trường, thì nó được gọi là bị cô lập hoặc đóng cửa .

Nếu hệ trao đổi năng lượng với môi trường ngoài mà không trao đổi vật chất thì gọi là đóng cửa .

hệ thống mở trao đổi năng lượng và vật chất với môi trường.

cân bằng nhiệt động

Khái niệm này cũng được đưa vào nhiệt động lực học như một sự tổng quát hóa các kết quả thực nghiệm.

cân bằng nhiệt động được gọi là trạng thái như vậy của hệ thống trong đó tất cả các đại lượng vĩ mô của nó - nhiệt độ, áp suất, thể tích và entropy - không thay đổi theo thời gian nếu hệ thống bị cô lập. Bất kỳ hệ thống nhiệt động khép kín nào cũng có thể tự động chuyển sang trạng thái như vậy nếu tất cả các tham số bên ngoài không đổi.

Ví dụ đơn giản nhất của một hệ thống ở trạng thái cân bằng nhiệt động lực học là một phích đựng trà nóng. Nhiệt độ trong nó là như nhau tại bất kỳ điểm nào trong chất lỏng. Mặc dù phích chỉ có thể được gọi là một hệ thống cô lập.

Bất kỳ hệ thống nhiệt động khép kín nào cũng có xu hướng tự động chuyển sang trạng thái cân bằng nhiệt động nếu các tham số bên ngoài không thay đổi.

quá trình nhiệt động

Nếu ít nhất một trong các tham số vĩ mô thay đổi, thì họ nói rằng hệ thống đang quá trình nhiệt động . Quá trình như vậy có thể xảy ra nếu các tham số bên ngoài thay đổi hoặc hệ thống bắt đầu nhận hoặc truyền năng lượng. Kết quả là, nó đi vào một trạng thái khác.

Hãy xem xét ví dụ về trà trong bình giữ nhiệt. Nếu chúng ta nhúng một cục đá vào trà và đậy nắp phích lại, thì ngay lập tức sẽ có sự khác biệt về nhiệt độ ở các phần khác nhau của chất lỏng. Chất lỏng trong phích sẽ có xu hướng cân bằng nhiệt độ. Từ nơi có nhiệt độ cao hơn sẽ truyền nhiệt đến nơi có nhiệt độ thấp hơn. Tức là sẽ xảy ra quá trình nhiệt động học. Cuối cùng, nhiệt độ của trà trong phích sẽ trở lại như cũ. Nhưng nó sẽ khác với nhiệt độ ban đầu. Trạng thái của hệ thống đã thay đổi vì nhiệt độ của nó đã thay đổi.

Quá trình nhiệt động lực học xảy ra khi cát nóng trên bãi biển vào một ngày nắng nóng sẽ nguội đi vào ban đêm. Đến sáng, nhiệt độ của anh ấy giảm xuống. Nhưng ngay khi mặt trời mọc, quá trình đốt nóng sẽ bắt đầu lại.

năng lượng bên trong

Một trong những khái niệm chính của nhiệt động lực học là năng lượng bên trong .

Tất cả các vật thể vĩ mô đều có năng lượng bên trong, là tổng động năng và thế năng của tất cả các hạt (nguyên tử và phân tử) tạo nên vật thể. Các hạt này chỉ tương tác với nhau và không tương tác với các hạt của môi trường. Nội năng phụ thuộc vào động năng và thế năng của các phân tử chứ không phụ thuộc vào vị trí của bản thân vật.

U = E k + E p

Nội năng thay đổi theo nhiệt độ. Thuyết động học phân tử giải thích điều này bằng cách thay đổi tốc độ chuyển động của các hạt vật chất. Nếu nhiệt độ của cơ thể tăng lên, thì tốc độ chuyển động của các hạt tăng lên, khoảng cách giữa chúng trở nên lớn hơn. Do đó, động năng và thế năng của chúng tăng lên. Khi nhiệt độ giảm, quá trình ngược lại xảy ra.

Đối với nhiệt động lực học, điều quan trọng hơn không phải là giá trị của năng lượng bên trong, mà là sự thay đổi của nó. Và bạn có thể thay đổi năng lượng bên trong bằng quá trình truyền nhiệt hoặc bằng cách thực hiện công cơ học.

Biến đổi nội năng bằng công cơ học

Benjamin Rumford

Năng lượng bên trong của một cơ thể có thể được thay đổi bằng cách thực hiện công việc cơ khí trên nó. Nếu công việc được thực hiện trên cơ thể, thì năng lượng cơ học được chuyển thành năng lượng bên trong. Và nếu công việc được thực hiện bởi cơ thể, thì năng lượng bên trong của nó được chuyển thành năng lượng cơ học.

Gần như cho đến cuối thế kỷ 19, người ta tin rằng có một chất không thể đo lường được - caloric, truyền nhiệt từ cơ thể này sang cơ thể khác. Lượng calo truyền vào cơ thể càng nhiều thì càng ấm và ngược lại.

Tuy nhiên, vào năm 1798, nhà khoa học Anh-Mỹ Bá tước Benjamin Rumford bắt đầu nghi ngờ lý thuyết về nhiệt lượng. Lý do cho điều này là do nòng súng nóng lên trong quá trình khoan. Ông cho rằng nguyên nhân gây nóng là công cơ học được thực hiện trong quá trình ma sát của mũi khoan trên nòng súng.

Và Rumfoord đã làm một thí nghiệm. Để tăng lực ma sát, họ sử dụng một mũi khoan cùn, và bản thân chiếc thùng được đặt trong một thùng nước. Đến cuối giờ khoan thứ ba, nước trong thùng bắt đầu sôi. Điều này có nghĩa là thùng nhận được nhiệt khi công việc cơ khí được thực hiện trên nó.

Truyền nhiệt

truyền nhiệt được gọi là quá trình vật lý truyền năng lượng nhiệt (nhiệt) từ vật thể này sang vật thể khác, thông qua tiếp xúc trực tiếp hoặc thông qua một phân vùng ngăn cách. Theo quy định, nhiệt được truyền từ cơ thể ấm hơn sang cơ thể lạnh hơn. Quá trình này kết thúc khi hệ đạt trạng thái cân bằng nhiệt động.

Năng lượng mà vật nhận hay toả ra trong quá trình truyền nhiệt gọi là nhiệt lượng .

Theo phương thức truyền nhiệt, có thể chia truyền nhiệt thành 3 loại: dẫn nhiệt, quy ước, bức xạ nhiệt.

Dẫn nhiệt

Nếu có sự chênh lệch nhiệt độ giữa các cơ thể hoặc các bộ phận của cơ thể thì giữa chúng sẽ xảy ra quá trình truyền nhiệt. dẫn nhiệt được gọi là quá trình truyền năng lượng bên trong từ một cơ thể nóng hơn (hoặc một phần của nó) sang một cơ thể ít nóng hơn (hoặc một phần của nó).

Ví dụ, đốt nóng một đầu thanh thép, sau một thời gian ta sẽ cảm thấy đầu kia của nó cũng nóng lên.

Chúng ta dễ dàng cầm một thanh thủy tinh, một đầu đang nóng, chạm vào đầu kia mà không bị bỏng. Nhưng nếu chúng ta thử làm thí nghiệm tương tự với một thanh sắt, chúng ta sẽ thất bại.

Các chất khác nhau dẫn nhiệt khác nhau. Mỗi người trong số họ có riêng của mình hệ số dẫn nhiệt, hoặc độ dẫn nhiệt, có trị số bằng nhiệt lượng truyền qua mẫu dày 1 m, diện tích 1 m 2 trong 1 giây. 1 K được lấy làm đơn vị nhiệt độ.

Kim loại dẫn nhiệt tốt nhất. Đây là tài sản của họ, chúng tôi sử dụng trong cuộc sống hàng ngày, nấu ăn trong nồi hoặc chảo kim loại. Nhưng tay cầm của họ không nên nóng. Do đó, chúng được làm từ vật liệu có tính dẫn nhiệt kém.

Độ dẫn nhiệt của chất lỏng kém hơn. Và các chất khí có tính dẫn nhiệt kém.

Lông động vật cũng là một chất dẫn nhiệt kém. Nhờ vậy, chúng không bị quá nóng khi trời nóng và không bị đóng băng khi trời lạnh.

quy ước

Theo quy ước, nhiệt được truyền bằng tia và dòng khí hoặc chất lỏng. Không có quy ước trong chất rắn.

Làm thế nào để một quy ước phát sinh trong một chất lỏng? Khi chúng ta đặt một ấm nước trên lửa, lớp dưới của chất lỏng nóng lên, mật độ của nó giảm xuống, nó di chuyển lên trên. Vị trí của nó được thực hiện bởi một lớp nước lạnh hơn. Sau một thời gian, nó cũng sẽ nóng lên và cũng thay đổi vị trí bằng một lớp lạnh hơn. Vân vân.

Một quá trình tương tự xảy ra trong khí. Không phải ngẫu nhiên mà pin sưởi được đặt dưới đáy phòng. Rốt cuộc, không khí nóng luôn bay lên phía trên cùng của căn phòng. Còn cái thấp hơn, lạnh lùng thì ngược lại, rơi xuống. Sau đó, nó cũng nóng lên và dâng lên trở lại, trong khi lớp trên nguội đi và chìm xuống trong thời gian này.

Quy ước là tự nhiên và bắt buộc.

Quy ước tự nhiên liên tục diễn ra trong bầu khí quyển. Kết quả là, có những chuyển động liên tục của các khối không khí ấm lên và các khối không khí lạnh đi xuống. Kết quả là gió, mây và các hiện tượng tự nhiên khác.

Khi quy ước tự nhiên là không đủ, tôi sử dụng quy ước bắt buộc. Ví dụ, luồng không khí ấm áp trong phòng với sự trợ giúp của cánh quạt.

bức xạ nhiệt

Mặt trời sưởi ấm trái đất. Không có truyền nhiệt hoặc quy ước liên quan. Vậy tại sao cơ thể nóng lên?

Thực tế là Mặt trời là một nguồn bức xạ nhiệt.

bức xạ nhiệt là bức xạ điện từ xảy ra do năng lượng bên trong của cơ thể. Tất cả các cơ thể xung quanh chúng ta tỏa năng lượng nhiệt. Đây có thể là ánh sáng nhìn thấy được từ đèn bàn hoặc các nguồn tia cực tím, tia hồng ngoại hoặc tia gamma không nhìn thấy được.

Nhưng cơ thể không chỉ tỏa nhiệt. Họ cũng tiêu thụ nó. Một số ở mức độ lớn hơn, những người khác ở mức độ thấp hơn. Hơn nữa, các vật tối đều nóng lên và nguội đi nhanh hơn các vật sáng. Trong thời tiết nóng, chúng ta cố gắng mặc quần áo sáng màu, vì chúng hấp thụ nhiệt ít hơn quần áo tối màu. Một chiếc ô tô màu tối nóng lên dưới ánh mặt trời nhanh hơn nhiều so với một chiếc ô tô màu sáng đứng cạnh nó.

Tính chất này của các chất để hấp thụ và tỏa nhiệt theo những cách khác nhau được sử dụng trong việc tạo ra các hệ thống nhìn ban đêm, hệ thống định vị tên lửa, v.v.

hệ thống nhiệt động lực học- một tập hợp các cơ thể vĩ mô có thể tương tác với nhau và với các cơ thể khác (môi trường bên ngoài) - trao đổi năng lượng và vật chất với chúng. Sự trao đổi năng lượng và vật chất có thể xảy ra cả trong chính hệ thống giữa các bộ phận của nó và giữa hệ thống với môi trường bên ngoài. Tùy thuộc vào các cách có thể để cách ly hệ thống với môi trường bên ngoài, một số loại hệ thống nhiệt động được phân biệt.

hệ thống mở gọi là hệ nhiệt động có khả năng trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường. Các ví dụ điển hình của các hệ thống như vậy là tất cả các sinh vật sống, cũng như chất lỏng, khối lượng của chúng liên tục giảm do bay hơi hoặc sôi.

hệ thống nhiệt động lực học gọi điện đóng cửa nếu nó không thể trao đổi năng lượng hoặc vật chất với môi trường. đóng cửa hệ mà chúng ta sẽ gọi là hệ nhiệt động bị cô lập về mặt cơ học, tức là không có khả năng trao đổi năng lượng với môi trường bằng sinh công. Một ví dụ về một hệ thống như vậy là một chất khí được chứa trong một bình có thể tích không đổi. Hệ thống nhiệt động lực học được gọi là đoạn nhiệt nếu nó không thể trao đổi năng lượng với các hệ thống khác bằng cách trao đổi nhiệt.

Thông số nhiệt động (thông số trạng thái) gọi là các đại lượng vật lý dùng để đặc trưng cho trạng thái của một hệ nhiệt động.

Ví dụ về các thông số nhiệt động là áp suất, thể tích, nhiệt độ, nồng độ. Có hai loại tham số nhiệt động: rộng rãi Và mãnh liệt. Cái trước tỷ lệ thuận với lượng vật chất trong một hệ thống nhiệt động nhất định, cái sau không phụ thuộc vào lượng vật chất trong hệ thống. Tham số mở rộng đơn giản nhất là âm lượng V các hệ thống. giá trị v, bằng tỉ số giữa thể tích của hệ với khối lượng của nó, được gọi là khối lượng riêng của hệ. Các thông số chuyên sâu đơn giản nhất là áp suất r và nhiệt độ t.

Áp suất là một đại lượng vật lý

Ở đâu dFn là mô đun của lực pháp tuyến tác dụng lên một diện tích nhỏ trên bề mặt cơ thể
dự phòng đS.

Nếu áp suất và thể tích riêng có ý nghĩa vật lý rõ ràng và đơn giản, thì khái niệm nhiệt độ phức tạp và ít rõ ràng hơn nhiều. Trước hết, chúng tôi lưu ý rằng khái niệm nhiệt độ, nói đúng ra, chỉ có ý nghĩa đối với các trạng thái cân bằng của hệ thống.

Trạng thái cân bằng của một hệ nhiệt động- trạng thái của hệ thống, trong đó tất cả các tham số có giá trị nhất định và trong đó hệ thống có thể duy trì bao lâu tùy ý. Nhiệt độ trong mọi phần của hệ nhiệt động ở trạng thái cân bằng là như nhau.

Trong quá trình trao đổi nhiệt giữa hai vật có nhiệt độ khác nhau, nhiệt được truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn. Quá trình này dừng lại khi nhiệt độ của cả hai cơ thể bằng nhau.

Nhiệt độ của một hệ thống ở trạng thái cân bằng đóng vai trò là thước đo cường độ chuyển động nhiệt của các nguyên tử, phân tử và các hạt khác tạo thành hệ thống. Trong một hệ gồm các hạt được mô tả bởi các định luật vật lý thống kê cổ điển và ở trạng thái cân bằng, động năng trung bình của chuyển động nhiệt của các hạt tỷ lệ thuận với nhiệt độ nhiệt động của hệ. Do đó, đôi khi người ta nói rằng nhiệt độ đặc trưng cho mức độ nóng lên của cơ thể.

Khi đo nhiệt độ chỉ có thể thực hiện gián tiếp, người ta sử dụng sự phụ thuộc vào nhiệt độ của một số tính chất vật lý của cơ thể có thể đo trực tiếp hoặc gián tiếp. Ví dụ, khi nhiệt độ cơ thể thay đổi, chiều dài và thể tích, mật độ, tính chất đàn hồi, điện trở, v.v. Một sự thay đổi trong bất kỳ tính chất nào trong số này là cơ sở để đo nhiệt độ. Đối với điều này, điều cần thiết là đối với một vật thể (đã chọn), được gọi là vật thể đo nhiệt độ, sự phụ thuộc chức năng của tính chất này vào nhiệt độ đã được biết đến. Đối với các phép đo nhiệt độ thực tế, các thang đo nhiệt độ được thiết lập với sự trợ giúp của các vật thể đo nhiệt độ được sử dụng. Trong Thang Nhiệt độ C. Quốc tế, nhiệt độ được biểu thị bằng độ C (°C) [A. C. (1701-1744) - Nhà bác học Thụy Điển] và được ký hiệu là t, và người ta cho rằng ở áp suất bình thường là 1,01325 × 10 5 Pa, điểm nóng chảy của nước đá và điểm sôi của nước lần lượt là 0 và 100 °C. Trong thang nhiệt độ nhiệt động lực học, nhiệt độ được biểu thị bằng Kelvin (K) [W. Thomson, Lord Kelvin (1821-1907) - nhà vật lý người Anh], ký hiệu là t và được gọi là nhiệt độ nhiệt động. Mối quan hệ giữa nhiệt độ nhiệt động t và nhiệt độ trên thang độ bách phân có dạng t = t + 273,15.

Nhiệt độ t= 0 K (trên thang độ bách phân t\u003d -273,15 ° С) được gọi là không tuyệt đối nhiệt độ, hoặc bằng không trên thang nhiệt độ nhiệt động lực học.

Các tham số trạng thái hệ thống được chia thành bên ngoài và bên trong. thông số bên ngoài các hệ thống được gọi là các đại lượng vật lý phụ thuộc vào vị trí trong không gian và các tính chất khác nhau (ví dụ: điện tích) của các vật thể nằm ngoài hệ thống đã cho. Ví dụ, đối với chất khí, thông số này là thể tích V tàu,
trong đó khí được đặt, bởi vì thể tích phụ thuộc vào vị trí của các vật thể bên ngoài - thành bình. Áp suất khí quyển là một tham số bên ngoài đối với chất lỏng trong bình hở. thông số nội bộ các hệ thống được gọi là các đại lượng vật lý phụ thuộc cả vào vị trí của các vật thể bên ngoài hệ thống và vào tọa độ và vận tốc của các hạt tạo thành hệ thống này. Ví dụ, các tham số bên trong của chất khí là áp suất và năng lượng của nó, chúng phụ thuộc vào tọa độ và vận tốc của các phân tử chuyển động cũng như mật độ của chất khí.

Dưới quá trình nhiệt động hiểu bất kỳ thay đổi nào về trạng thái của hệ thống nhiệt động đang được xem xét, được đặc trưng bởi sự thay đổi các tham số nhiệt động của nó. Quá trình nhiệt động học được gọi là cân bằng, nếu trong quá trình này, hệ đi qua một chuỗi liên tục các trạng thái cân bằng nhiệt động gần nhau vô hạn. Các quá trình biến đổi trạng thái thực của hệ luôn xảy ra với tốc độ hữu hạn và do đó không thể ở trạng thái cân bằng. Tuy nhiên, rõ ràng là quá trình biến đổi trạng thái thực của hệ càng gần trạng thái cân bằng thì diễn ra càng chậm, do đó các quá trình đó được gọi là bán tĩnh.

Các quá trình sau đây có thể dùng làm ví dụ về các quá trình nhiệt động đơn giản nhất:

a) một quá trình đẳng nhiệt trong đó nhiệt độ của hệ thống không thay đổi ( t= const);

b) một quá trình đẳng tích xảy ra ở một thể tích không đổi của hệ thống ( V= const);

c) một quá trình đẳng áp xảy ra ở áp suất không đổi trong hệ thống ( P= const);

d) một quá trình đoạn nhiệt xảy ra mà không có sự trao đổi nhiệt giữa hệ thống và môi trường.

Giới thiệu. 2

nhiệt động lực học. Khái niệm chung. 3

Khái niệm về hệ nhiệt động.. 4

Các loại hệ nhiệt động.. 6

Các quá trình nhiệt động lực học.. 7

Quá trình đảo ngược và không thể đảo ngược.. 7

Nội năng của hệ.. 10

Bắt đầu bằng không của nhiệt động lực học.. 11

Định luật thứ nhất của nhiệt động lực học.. 12

Định luật thứ hai của nhiệt động lực học.. 14

Định luật thứ ba của nhiệt động lực học.. 16

Hậu quả. 17

Không thể đạt được nhiệt độ không tuyệt đối. 17

Ứng xử của các hệ số nhiệt động. 17

Giới thiệu

Chúng ta liên tục phải đối mặt không chỉ với chuyển động cơ học mà còn với các hiện tượng nhiệt liên quan đến sự thay đổi nhiệt độ cơ thể hoặc sự chuyển đổi của các chất sang trạng thái kết tụ khác - lỏng, khí hoặc rắn.

Các quá trình nhiệt có tầm quan trọng lớn đối với sự tồn tại của sự sống trên Trái đất, vì protein chỉ có khả năng sống trong một phạm vi nhiệt độ nhất định. Sự sống trên Trái đất phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường.

Con người đã đạt được sự độc lập tương đối với môi trường sau khi họ biết cách tạo ra lửa. Đây là một trong những khám phá vĩ đại nhất trong buổi bình minh của loài người.

Nhiệt động lực học là khoa học về các hiện tượng nhiệt không tính đến cấu trúc phân tử của các vật thể. Các định luật nhiệt động lực học và ứng dụng của chúng sẽ được thảo luận trong tiểu luận này.

nhiệt động lực học. Khái niệm chung

Sự khởi đầu của nhiệt động lực học là một tập hợp các định đề làm cơ sở cho nhiệt động lực học. Những quy định này đã được thiết lập như là kết quả của nghiên cứu khoa học và đã được chứng minh bằng thực nghiệm. Chúng được chấp nhận như những định đề để nhiệt động lực học có thể được xây dựng một cách tiên đề.

Sự cần thiết của các nguyên lý nhiệt động lực học liên quan đến thực tế là nhiệt động lực học mô tả các tham số vĩ mô của các hệ thống mà không có các giả định cụ thể về cấu trúc vi mô của chúng. Vật lý thống kê giải quyết các câu hỏi về cấu trúc bên trong.

Các định luật nhiệt động lực học là độc lập, nghĩa là không có định luật nào có thể suy ra từ các nguyên tắc khác.

Danh sách các nguyên tắc của nhiệt động lực học

· Định luật thứ nhất của nhiệt động lực học là định luật bảo toàn năng lượng được áp dụng cho các hệ nhiệt động.

· Định luật thứ hai của nhiệt động lực học áp đặt các hạn chế về hướng của các quá trình nhiệt động lực học, ngăn cản sự truyền nhiệt tự phát từ các vật thể ít nóng hơn sang các vật thể nóng hơn. Cũng được xây dựng như định luật tăng entropy.

· Định luật thứ ba của nhiệt động lực học cho biết entropy hoạt động như thế nào ở gần nhiệt độ không độ tuyệt đối.

· Điểm khởi đầu bằng 0 (hay chung) của nhiệt động lực học đôi khi được gọi là nguyên tắc theo đó một hệ kín, bất kể trạng thái ban đầu như thế nào, cuối cùng đi đến trạng thái cân bằng nhiệt động và không thể tự rời khỏi nó.

Khái niệm về hệ thống nhiệt động lực học

Hệ thống nhiệt động lực học là bất kỳ hệ thống vật lý nào bao gồm một số lượng lớn các hạt-nguyên tử và phân tử thực hiện chuyển động nhiệt vô hạn và tương tác với nhau, trao đổi năng lượng. Các hệ thống nhiệt động như vậy, và hơn nữa, những hệ thống đơn giản nhất, là chất khí, các phân tử thực hiện chuyển động tịnh tiến và quay ngẫu nhiên và trao đổi động năng trong quá trình va chạm. Hệ thống nhiệt động cũng là chất rắn và chất lỏng.

Các phân tử chất rắn dao động ngẫu nhiên xung quanh vị trí cân bằng của chúng, sự trao đổi năng lượng giữa các phân tử xảy ra do tương tác liên tục của chúng, do đó sự dịch chuyển của một phân tử khỏi vị trí cân bằng của nó ngay lập tức được phản ánh ở vị trí và tốc độ chuyển động của phân tử lân cận. phân tử. Vì năng lượng trung bình của chuyển động nhiệt của các phân tử có liên quan đến nhiệt độ nên nhiệt độ là đại lượng vật lý quan trọng nhất đặc trưng cho các trạng thái khác nhau của hệ nhiệt động. Ngoài nhiệt độ, trạng thái của những hệ thống như vậy còn được xác định bởi thể tích mà chúng chiếm giữ và bởi áp suất bên ngoài hoặc ngoại lực tác động lên hệ thống.

Một tính chất quan trọng của các hệ thống nhiệt động lực học là sự tồn tại của các trạng thái cân bằng mà chúng có thể tồn tại bao lâu tùy ý. Nếu một hệ nhiệt động, đang ở một trong các trạng thái cân bằng, chịu một tác động bên ngoài nào đó và sau đó chấm dứt, thì hệ đó sẽ tự động chuyển sang trạng thái cân bằng mới. Tuy nhiên, cần nhấn mạnh rằng xu hướng chuyển sang trạng thái cân bằng là luôn luôn và liên tục, kể cả ngoài thời gian hệ chịu tác động từ bên ngoài.

Xu hướng này hay chính xác hơn là sự tồn tại liên tục của các quá trình dẫn đến việc đạt được trạng thái cân bằng, là đặc điểm quan trọng nhất của các hệ thống nhiệt động lực học.

Các trạng thái của một hệ nhiệt động bị cô lập, mặc dù không có các tác động bên ngoài, không tồn tại trong khoảng thời gian hữu hạn, được gọi là trạng thái không cân bằng. Lúc đầu hệ ở trạng thái không cân bằng, sau đó hệ chuyển sang trạng thái cân bằng. Thời gian chuyển từ trạng thái không cân bằng sang trạng thái cân bằng gọi là thời gian hồi phục. Quá trình chuyển đổi ngược lại từ trạng thái cân bằng sang trạng thái không cân bằng có thể được thực hiện với sự trợ giúp của các tác động bên ngoài lên hệ thống.

Cụ thể, không cân bằng là trạng thái của hệ có nhiệt độ khác nhau ở những nơi khác nhau, sự liên kết của t 0 trong chất khí, chất rắn và chất lỏng là sự chuyển đổi của các cơ thể này sang trạng thái cân bằng với cùng một t 0 trong thể tích của cơ thể. Một ví dụ khác về trạng thái không cân bằng có thể được đưa ra bằng cách xem xét các hệ thống hai pha bao gồm chất lỏng và hơi của nó. Nếu có hơi không bão hòa phía trên bề mặt chất lỏng trong một bình kín, thì trạng thái của hệ là không cân bằng: số phân tử rời khỏi chất lỏng trong một đơn vị thời gian lớn hơn số phân tử chuyển từ hơi sang chất lỏng trong bình kín. cùng lúc. Kết quả là, theo thời gian, số lượng phân tử ở trạng thái hơi tăng lên cho đến khi trạng thái cân bằng được thiết lập.

Quá trình chuyển đổi từ trạng thái cân bằng sang trạng thái cân bằng trong hầu hết các trường hợp diễn ra liên tục và tốc độ của quá trình chuyển đổi này có thể được kiểm soát trơn tru bằng tác động bên ngoài thích hợp, làm cho quá trình thư giãn diễn ra rất nhanh hoặc rất chậm. Vì vậy, ví dụ, bằng cách trộn cơ học, có thể tăng đáng kể tốc độ cân bằng nhiệt độ trong chất lỏng hoặc chất khí, bằng cách làm mát chất lỏng, quá trình khuếch tán chất hòa tan trong nó có thể diễn ra rất chậm.