Нека разгледаме характеристиките на термодинамичните системи. Те обикновено се разбират като физически макроскопични форми, състоящи се от значителен брой частици, които не предполагат използването на всяка отделна частица за описание на макроскопичните характеристики.
Няма ограничения за естеството на материалните частици, които са съставните компоненти на такива системи. Те могат да бъдат представени под формата на молекули, атоми, йони, електрони, фотони.
Особености
Нека анализираме отличителните характеристики на термодинамичните системи. Пример е всеки обект, който може да се наблюдава без използването на телескопи или микроскопи. За да се даде пълно описание на такава система, се избират макроскопични детайли, благодарение на които е възможно да се определи обемът, налягането, температурата, електрическата поляризация, магнитната индукция, химичният състав и масата на компонентите.
За всяка термодинамична система има условни или реални граници, които ги отделят от околната среда. Вместо това често се използва концепцията за термостат, характеризиращ се с толкова висок топлинен капацитет, че в случай на топлообмен с анализираната система температурният индикатор остава непроменен.
Системна класификация
Нека да разгледаме каква е класификацията на термодинамичните системи. В зависимост от естеството на взаимодействието му с околната среда е обичайно да се разграничават:
- изолирани видове, които не обменят нито материя, нито енергия с външната среда;
- адиабатично изолирани, не обменящи материя с външната среда, но влизащи в обмен на работа или енергия;
- Затворените термодинамични системи нямат обмен на материя, допускат се само промени в количеството енергия;
- отворените системи се характеризират с пълен трансфер на енергия и материя;
- частично отворените могат да имат полупропускливи прегради, поради което не участват напълно в обмена на материали.
В зависимост от описанието, параметрите на термодинамичната система могат да бъдат разделени на сложни и прости варианти.
Характеристики на прости системи
Простите системи се наричат равновесни състояния, чието физическо състояние може да се определи чрез специфичен обем, температура и налягане. Примери за термодинамични системи от този тип са изотропни тела, които имат еднакви характеристики в различни посоки и точки. По този начин течности, газообразни вещества, твърди вещества, които са в състояние на термодинамично равновесие, не са изложени на електромагнитни и гравитационни сили, повърхностно напрежение и химични трансформации. Анализът на прости тела се признава в термодинамиката като важен и уместен от практическа и теоретична гледна точка.
Вътрешната енергия на термодинамична система от този тип е свързана с околния свят. При описанието се използва броят на частиците и масата на веществото на всеки отделен компонент.
Сложни системи
Сложните термодинамични системи включват термодинамични системи, които не попадат в прости типове. Например, те са магнити, диелектрици, твърди еластични тела, свръхпроводници, фазови интерфейси, топлинно излъчване и електрохимични системи. Като параметри, използвани за тяхното описване, ние отбелязваме еластичността на пружината или пръта, фазовия интерфейс и топлинното излъчване.
Физическата система е съвкупност, в която няма химично взаимодействие между веществата в границите на температурата и налягането, избрани за изследване. А химическите системи са онези варианти, които включват взаимодействие между отделните му компоненти.
Вътрешната енергия на една термодинамична система зависи от нейната изолация от външния свят. Например, като вариант на адиабатна обвивка, може да си представим съд на Дюар. Хомогенният характер се проявява в система, в която всички компоненти имат сходни свойства. Примери за тях са газообразни, твърди и течни разтвори. Типичен пример за газообразна хомогенна фаза е земната атмосфера.
Характеристики на термодинамиката
Този раздел от науката се занимава с изучаването на основните модели на процеси, които са свързани с освобождаването и усвояването на енергия. Химическата термодинамика включва изучаването на взаимните трансформации на съставните части на системата, установяването на модели на преход на един вид енергия към друг при определени условия (налягане, температура, обем).
Системата, която е обект на термодинамично изследване, може да бъде представена под формата на всеки природен обект, включително голям брой молекули, които са разделени от интерфейс с други реални обекти. Състоянието на системата означава съвкупността от нейните свойства, които позволяват да се определи от гледна точка на термодинамиката.
Заключение
Във всяка система се наблюдава преход от един вид енергия към друг и се установява термодинамично равновесие. Разделът от физиката, който се занимава с подробното изучаване на трансформациите, промените и запазването на енергията, е от особено значение. Например в химическата кинетика е възможно не само да се опише състоянието на дадена система, но и да се изчислят условията, които допринасят за нейното изместване в желаната посока.
Законът на Хес, който свързва енталпията и ентропията на разглежданата трансформация, дава възможност да се идентифицира възможността за възникване на спонтанна реакция и да се изчисли количеството топлина, освободено (погълнато) от термодинамична система.
Термохимията, основана на принципите на термодинамиката, има практическо значение. Благодарение на този раздел на химията в производството се извършват предварителни изчисления на горивната ефективност и възможността за въвеждане на определени технологии в действителното производство. Информацията, получена от термодинамиката, прави възможно прилагането на явленията еластичност, термоелектричество, вискозитет и магнетизация за промишленото производство на различни материали.
ТЕРМОДИНАМИЧНА СИСТЕМА
ТЕРМОДИНАМИЧНА СИСТЕМА
Набор от макроскопични тела, които могат да взаимодействат помежду си и с други тела (външна среда) – обменят енергия и вещества с тях. Т.с. се състои от толкова голям брой структурни частици (атоми, молекули), че състоянието му може да се характеризира макроскопски. параметри: плътност, налягане, концентрация на веществата, образуващи Т.с., и др.
ТЕРМОДИНАМИЧНО РАВНОВЕСИЕ), ако параметрите на системата не се променят във времето и в системата няма вещество. стационарни потоци (топлина, вода и др.). За равновесие Т.с. се въвежда понятието температура като параметър, който има еднаква стойност за всички макроскопични обекти. части на системата. Броят на независимите параметри на дадено състояние е равен на броя на степените на свобода на T.S.; останалите параметри могат да бъдат изразени чрез независими параметри, като се използва уравнението на състоянието. Светци на равновесието T.s. изучава равновесни процеси (термостатика); светият на неравновесните системи - .
Термодинамиката разглежда: затворени топлинни системи, които не обменят вещества с други системи, но обменят вещества и енергия с други системи; адиабатни Т. системи, в които отсъства с други системи; изолирани системи, които не обменят енергия или вещества с други системи. Ако системата не е изолирана, тогава нейното състояние може да се промени; промяна в състоянието на T. s. наречен термодинамичен процес. Т.с. могат да бъдат физически хомогенни (хомогенна система) и разнородни (хетерогенна система), състоящи се от няколко. хомогенни части с различни физ Свети ти. В резултат на фаза и хим трансформации (вижте ФАЗОВ ПРЕХОД) хомогенна Т. с. могат да станат разнородни и обратно.
Физически енциклопедичен речник. - М.: Съветска енциклопедия. . 1983 .
ТЕРМОДИНАМИЧНА СИСТЕМА
Набор от макроскопични тела, които могат да взаимодействат помежду си и с други тела (външна среда) – обменят енергия и материя с тях. Т.с. се състои от толкова голям брой структурни частици (атоми, молекули), че състоянието му може да се характеризира макроскопски. параметри: плътност, налягане, концентрация на вещества, образуващи твърди вещества и др.
Т.с. е в равновесие (вж. термодинамично равновесие),ако параметрите на системата не се променят във времето и в системата няма материал. стационарни потоци (топлина, материя и др.). За равновесие Т.с. понятието е въведено температуракак параметър на състоянието,имащи едно и също значение за всички макроскопични. части на системата. Броят на независимите параметри на състоянието е равен на броя степени на свобода T.S., останалите параметри могат да бъдат изразени чрез използване на независими уравнения на състоянието.Свойства на равновесието Т.с. проучвания термодинамикаравновесни процеси (термостатика), свойства на неравновесни системи - термодинамика на неравновесни процеси.
Термодинамиката разглежда: затворени термодинамични системи, които не обменят материя с други системи; отворени системи,обмен на материя и енергия с други системи; a d i a b a t n e T.s., в които няма топлообмен с други системи; изолирана Т. хомогенна система) и хетерогенна ( хетерогенна система),състоящ се от няколко еднородни части с различни физични свойства. свойства. В резултат на фаза и хим трансформации (вж Фазов преход) хомогенни Т. с. могат да станат разнородни и обратно.
Лит.: Epshtein P.S., Курс по термодинамика, прев. от англ., М.-Л., 1948; Леонтович M.A., Въведение в термодинамиката, 2-ро издание, M.-L., 1951; Самойлович А, Г., Термодинамика и, 2 изд., М., 1955 г.
Физическа енциклопедия. В 5 тома. - М.: Съветска енциклопедия. Главен редактор А. М. Прохоров. 1988 .
Вижте какво е "ТЕРМОДИНАМИЧНА СИСТЕМА" в други речници:
Макроскопично тяло, изолирано от околната среда с помощта на прегради или черупки (те също могат да бъдат умствени, условни) и се характеризира с макроскопични параметри: обем, температура, налягане и др. За това... ... Голям енциклопедичен речник
термодинамична система- термодинамична система; система Набор от тела, които могат енергийно да взаимодействат помежду си и с други тела и да обменят материя с тях... Политехнически терминологичен тълковен речник
ТЕРМОДИНАМИЧНА СИСТЕМА- набор от физически тела, които могат да обменят енергия и материя помежду си и с други тела (външна среда). Т.с. е всяка система, състояща се от много голям брой молекули, атоми, електрони и други частици, имащи много... ... Голяма политехническа енциклопедия
термодинамична система- Тяло (набор от тела), способни да обменят енергия и (или) материя с други тела (едно с друго). [Сборник с препоръчителни термини. Брой 103. Термодинамика. Академия на науките на СССР. Комитет по научна и техническа терминология. 1984... Ръководство за технически преводач
термодинамична система- - произволно избрана част от пространството, съдържаща едно или повече вещества и отделена от външната среда с реална или условна обвивка. Обща химия: учебник / А. В. Жолнин ... Химически термини
термодинамична система- макроскопично тяло, отделено от околната среда с реални или въображаеми граници, което може да се характеризира с термодинамични параметри: обем, температура, налягане и др. Има изолирани,... ... Енциклопедичен речник по металургия
Макроскопично тяло, изолирано от околната среда с помощта на прегради или черупки (те също могат да бъдат умствени, условни), което може да се характеризира с макроскопични параметри: обем, температура, налягане и др. За... ... Енциклопедичен речник
Термодинамика ... Уикипедия
термодинамична система- termodinaminė sistem statusas T sritis chemija apibrėžtis Kūnas (kūnų visuma), kurį nuo aplinkos skiria reali ar įsivaizduojama riba. атитикменис: англ. термодинамична система рус. термодинамична система... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
термодинамична система- termodinaminė sistema statusas T sritis fizika atitikmenys: англ. термодинамична система vok. термодинамична система, рус. термодинамична система, f пранц. système thermodynamique, m … Fizikos terminų žodynas
Въведение. Предметът на топлотехниката. Основни понятия и определения. Термодинамична система. Параметри на състоянието. температура. налягане. Специфичен обем. Уравнение на състоянието. Уравнение на Ван дер Ваалс .
Съотношение между единици:
1 бар = 10 5 Pa
1 kg/cm 2 (атмосфера) = 9,8067 10 4 Pa
1 mmHg st (милиметър живачен стълб) = 133 Pa
1 мм вода Чл. (милиметър воден стълб) = 9,8067 Pa
Плътност - съотношението на масата на веществото към обема, зает от това вещество.
Специфичен обем - реципрочната стойност на плътността, т.е. съотношението на обема, зает от веществото, към неговата маса.
определение: Ако в една термодинамична система поне един от параметрите на всяко тяло, включено в системата, се промени, тогава системата изпитва термодинамичен процес .
Основни термодинамични параметри на състоянието П, В, Тхомогенните тела зависят едно от друго и са взаимно свързани чрез уравнението на състоянието:
F (P, V, T)
За идеален газ уравнението на състоянието се записва като:
П- налягане
v- специфичен обем
Т- температура
Р- газова константа (всеки газ има своя собствена стойност)
Ако уравнението на състоянието е известно, тогава за да се определи състоянието на най-простите системи е достатъчно да се знаят две независими променливи от 3
P = f1 (v, t); v = f2 (P, T); T = f3(v, P).
Термодинамичните процеси често се изобразяват на графики на състоянието, където параметрите на състоянието са нанесени по осите. Точките на равнината на такава графика съответстват на определено състояние на системата, линиите на графиката съответстват на термодинамични процеси, които прехвърлят системата от едно състояние в друго.
Нека разгледаме термодинамична система, състояща се от едно тяло от някакъв газ в съд с бутало, а съдът и буталото в този случай са външната среда.
Нека например газът се нагрява в съд, възможни са два случая:
1) Ако буталото е фиксирано и обемът не се променя, тогава налягането в съда ще се увеличи. Този процес се нарича изохоричен(v = const), работещ при постоянен обем;
ориз. 1.1. Изохорни процеси в П-Ткоординати: v 1 >v 2 >v 3
2) Ако буталото е свободно, тогава нагрятият газ ще се разшири при постоянно налягане, този процес се нарича; изобарен (П= const), работещ при постоянно налягане.
ориз. 1.2 Изобарни процеси в v - Ткоординати: P 1 >P 2 >P 3
Ако, като движите буталото, промените обема на газа в съда, тогава температурата на газа също ще се промени, но чрез охлаждане на съда по време на компресия на газ и нагряване по време на разширение можете да постигнете, че температурата ще бъде постоянна с промени в обема и налягането, този процес се нарича изотермичен (Т= const).
ориз. 1.3 Изотермични процеси в П-вкоординати: T 1 >T 2 >T 3
Нарича се процес, при който няма топлообмен между системата и околната среда адиабатен, докато количеството топлина в системата остава постоянно ( Q= const). В реалния живот не съществуват адиабатни процеси, тъй като не е възможно напълно да се изолира системата от околната среда. Често обаче възникват процеси, при които топлообменът с околната среда е много малък, например бързо компресиране на газ в съд от бутало, когато топлината няма време да бъде отстранена поради нагряване на буталото и съда.
ориз. 1.4 Приблизителна графика на адиабатен процес в П-вкоординати
Определение: кръгов процес (цикъл) - е набор от процеси, които връщат системата в първоначалното й състояние. Може да има произволен брой отделни процеси в един цикъл.
Концепцията за кръгов процес е ключова за нас в термодинамиката, тъй като работата на атомна електроцентрала се основава на цикъл пара-вода, с други думи, можем да разгледаме изпарението на водата в ядрото, въртенето на ротора на турбината чрез пара, кондензация на пара и поток на вода в ядрото като вид затворен термодинамичен процес или цикъл.
Определение: Работно тяло - определено количество вещество, което, участвайки в термодинамичния цикъл, извършва полезна работа. Работната течност в реакторната инсталация RBMK е вода, която след изпаряване в активната зона под формата на пара извършва работа в турбината, въртяща ротора.
определение: Преносът на енергия в термодинамичен процес от едно тяло към друго, свързан с промяна на обема на работния флуид, с неговото движение във външното пространство или с промяна на неговото положение, се нарича процесна работа .
Термодинамична система
Техническата термодинамика (t/d) изследва моделите на взаимно преобразуване на топлината в работа. Той установява връзката между топлинните, механичните и химичните процеси, протичащи в топлинните и хладилните машини, изучава процесите, протичащи в газове и пари, както и свойствата на тези тела при различни физически условия.
Термодинамиката се основава на два основни закона (принципа) на термодинамиката:
Първи закон на термодинамиката- законът за преобразуване и запазване на енергията;
II закон на термодинамиката- установява условията за протичане и посока на макроскопични процеси в системи, състоящи се от голям брой частици.
Техническата технология, прилагайки основните закони към процесите на преобразуване на топлината в механична работа и обратно, позволява да се разработят теории за топлинните двигатели, да се изучават процесите, протичащи в тях и т.н.
Обектът на изследването е термодинамична система,което може да бъде група от тела, тяло или част от тяло. Това, което е извън системата, се нарича среда. T/D система е колекция от макроскопични тела, които обменят енергия помежду си и с околната среда. Например: t/d система е газ, разположен в цилиндър с бутало, а околната среда е цилиндър, бутало, въздух и стени на помещението.
Изолирана система - t/d системата не взаимодейства с околната среда.
Адиабатна (топлоизолирана) система - системата има адиабатна обвивка, която изключва топлообмен (топлообмен) с околната среда.
Хомогенна система - система, която има еднакъв състав и физични свойства във всички свои части.
Хомогенна система - хомогенна система по състав и физическа структура, вътре в която няма интерфейси (лед, вода, газове).
Разнородна система
- система, състояща се от няколко хомогенни части (фази) с различни физични свойства, разделени една от друга чрез видими интерфейси (лед и вода, вода и пара).
В топлинните двигатели (двигатели) механичната работа се извършва с помощта на работни течности - газ, пара.
Свойствата на всяка система се характеризират с редица величини, които обикновено се наричат термодинамични параметри. Нека разгледаме някои от тях, използвайки познатите от курса по физика молекулярно-кинетични концепции за идеален газ като съвкупност от молекули, които имат изчезващо малки размери, намират се в произволно топлинно движение и взаимодействат помежду си само чрез сблъсъци.
Налягането се причинява от взаимодействието на молекулите на работната течност с повърхността и е числено равно на силата, действаща на единица площ от повърхността на тялото, нормална към последната. В съответствие с молекулярно-кинетичната теория налягането на газа се определя от съотношението
Къде п— брой молекули на единица обем;
Т— маса на молекулата; от 2- средноквадратична скорост на транслационното движение на молекулите.
В Международната система единици (SI) налягането се изразява в паскали (1 Pa = 1 N/m2). Тъй като тази единица е малка, по-удобно е да се използва 1 kPa = 1000 Pa и 1 MPa = 10 6 Pa.
Налягането се измерва с помощта на манометри, барометри и вакуумметри.
Течните и пружинните манометри измерват манометричното налягане, което е разликата между общото или абсолютното налягане rизмерено средно и атмосферно налягане
стрбанкомат, т.е.
Уредите за измерване на налягане под атмосферното се наричат вакуумметри; техните показания дават стойността на вакуума (или вакуума):
т.е. превишението на атмосферното налягане над абсолютното налягане.
Трябва да се отбележи, че параметърът на състоянието е абсолютното налягане. Това е, което е включено в термодинамичните уравнения.
температурасе нарича физическа величина, характеризиращ степента на нагряване на тялото.Концепцията за температура следва от следното твърдение: ако две системи са в топлинен контакт, тогава ако температурите им са различни, те ще обменят топлина помежду си, но ако температурите им са равни, тогава няма да има топлообмен.
От гледна точка на молекулярно-кинетичните концепции температурата е мярка за интензивността на топлинното движение на молекулите. Числената му стойност е свързана със средната кинетична енергия на молекулите на веществото:
Къде к- константа на Болцман, равна на 1.380662.10? 23 J/K. Дефинираната по този начин температура Т се нарича абсолютна.
Единицата SI за температура е келвин (K); в практиката градусите по Целзий (°C) се използват широко. Отношението между абсолют Ти по Целзий азтемператури има формата
В промишлени и лабораторни условия температурата се измерва с помощта на течни термометри, пирометри, термодвойки и други инструменти.
Специфичен обем v— е обемът на единица маса на веществото.Ако хомогенно тяло с маса Мзаема обем v,тогава по дефиниция
v= V/M.
В системата SI единицата за специфичен обем е 1 m 3 /kg. Съществува очевидна връзка между специфичния обем на веществото и неговата плътност:
За да се сравнят количествата, характеризиращи системи в идентични състояния, се въвежда понятието „нормални физически условия“:
стр= 760 mmHg = 101,325 kPa; Т= 273,15 К.
Различните клонове на технологиите и различните страни въвеждат свои собствени „нормални условия“, малко по-различни от дадените, например, „технически“ ( стр= 735,6 mm Hg. = 98 kPa, t= 15 °C) или нормални условия за оценка на работата на компресора ( стр= 101,325 kPa, t= 20?) и т.н.
Ако всички термодинамични параметри са постоянни във времето и еднакви във всички точки на системата, тогава такова състояние на системата се наричаекви-пружина.
Ако има разлики в температурата, налягането и други параметри между различни точки в системата, тогава е таканеравновесен. В такава система под влияние на параметрични градиенти възникват потоци от топлина, вещества и др., стремящи се да я върнат в равновесно състояние. Опитът показва това Една изолирана система винаги достига състояние на равновесие с времето и никога не може спонтанно да го напусне.В класическата термодинамика се разглеждат само равновесни системи.
Уравнение на състоянието.За една равновесна термодинамична система съществува функционална връзка между параметрите на състоянието, която се нарича уравнение на състоянието. Опитът показва, че специфичният обем, температура и налягане на най-простите системи, които са газове, пари или течности, са свързани топлинно уравнениегледна точка:
На уравнението на състоянието може да се даде друга форма:
Тези уравнения показват, че от трите основни параметъра, които определят състоянието на системата, всеки два са независими.
За решаване на проблеми с помощта на термодинамични методи е абсолютно необходимо да се знае уравнението на състоянието. Той обаче не може да бъде получен в рамките на термодинамиката и трябва да бъде намерен или експериментално, или чрез методите на статистическата физика. Конкретната форма на уравнението на състоянието зависи от индивидуалните свойства на веществото.
Термодинамична система- това е част от материалния свят, отделена от околната среда с реални или въображаеми граници и е обект на изследване на термодинамиката. Средата е много по-голяма по обем и следователно промените в нея са незначителни в сравнение с промените в състоянието на системата. За разлика от механичните системи, които се състоят от едно или няколко тела, термодинамичната система съдържа много голям брой частици, което поражда напълно нови свойства и изисква различни подходи за описание на състоянието и поведението на такива системи. Термодинамичната система е макроскопичен обект.
Класификация на термодинамичните системи
1. По състав
Термодинамичната система се състои от компоненти. Компонент - е вещество, което може да бъде изолирано от системата и да съществува извън нея, т.е. компонентите са независими вещества.
Еднокомпонентен.
Двукомпонентен или бинарен.
Трикомпонентен - троен.
Многокомпонентен.
2. По фазов състав– хомогенни и разнородни
Хомогенна системите имат еднакви макроскопични свойства във всяка точка на системата, предимно температура, налягане, концентрация, както и много други, например индекс на пречупване, диелектрична константа, кристална структура и т.н. Хомогенните системи се състоят от една фаза.
Фазае хомогенна част от системата, отделена от другите фази чрез интерфейс и характеризираща се със собствено уравнение на състоянието. Фаза и агрегатно състояние са припокриващи се, но не и идентични понятия. Има само 4 състояния на агрегиране;
Разнороднисистемите се състоят от поне две фази.
3. По вид връзка с околната среда(според възможностите за обмен с околната среда).
Изолирансистемата не обменя нито енергия, нито материя с околната среда. Това е идеализирана система, която по принцип не може да бъде изследвана експериментално.
Затвореносистемата може да обменя енергия с околната среда, но не обменя материя.
Отворетесистемата обменя както енергия, така и материя
TDS състояние
TDS състояниее съвкупността от всички негови измерими макроскопични свойства, които следователно имат количествен израз. Макроскопичното естество на свойствата означава, че те могат да бъдат приписани само на системата като цяло, а не на отделните частици, които изграждат близката двоична структура (T, p, V, c, U, n k). Количествените характеристики на държавата са взаимосвързани. Следователно има минимален набор от системни характеристики, наречени параметри , чиято спецификация ни позволява да опишем напълно свойствата на системата. Броят на тези параметри зависи от вида на системата. В най-простия случай за затворена хомогенна газова система в състояние на равновесие е достатъчно да зададете само 2 параметъра. За отворена система, в допълнение към тези 2 характеристики на системата, е необходимо да се посочи броят молове на всеки компонент.
Термодинамичните променливи се разделят на:
- външен, които се определят от свойствата и координатите на системата в околната среда и зависят от контактите на системата с околната среда, например масата и броя на компонентите, напрегнатостта на електрическото поле, броят на такива променливи е ограничен;
- вътрешен, които характеризират свойствата на системата, например плътност, вътрешна енергия, броят на тези параметри е неограничен;
- обширен,които са право пропорционални на масата на системата или броя на частиците, например обем, енергия, ентропия, топлинен капацитет;
-интензивен, които не зависят от масата на системата, например температура, налягане.
TDS параметрите са свързани помежду си чрез връзка, наречена уравнение състояниесистеми. Общ изглед към него f(p,V , Т)= 0. Една от най-важните задачи на FH е да намери уравнението на състоянието на всяка система. Досега точното уравнение на състоянието е известно само за идеалните газове (уравнението на Клапейрон-Менделеев).
pV = nRT, ( 1.1)
Къде Р– универсална газова константа = 8,314 J/(mol.K).
[p] = Pa, 1 atm = 1,013*10 5 Pa = 760 mm Hg,
[V] = m3, [T] = K, [n] = mol, N = 6,02*1023 mol-1. Реалните газове се описват само приблизително от това уравнение и колкото по-високо е налягането и по-ниска температура, толкова по-голямо е отклонението от това уравнение на състоянието.
Разграничете равновесиеИ неравновесенсъстояние на TDS.
Класическата термодинамика обикновено се ограничава до разглеждане на равновесни състояния на близки двойни системи. Равновесие - това е състоянието, до което TDS идва спонтанно и в което може да съществува неограничено време при липса на външни влияния. За определяне на равновесното състояние винаги е необходим по-малък брой параметри, отколкото за неравновесните системи.
Равновесното състояние се разделя на:
- устойчиви(стабилно) състояние, при което всяко безкрайно малко въздействие причинява само безкрайно малка промяна в състоянието и когато това въздействие бъде елиминирано, системата се връща в първоначалното си състояние;
- метастабиленсъстояние, при което някои крайни влияния причиняват окончателни промени в състоянието, които не изчезват, когато тези влияния бъдат елиминирани.
Промяна в състоянието на система от тясно тяло, свързана с промяна в поне една от нейните термодинамични променливи, се нарича термодинамичен процес. Особеност на описанието на термодинамичните процеси е, че те се характеризират не със скорости на изменение на свойствата, а с големината на промените. Процесът в термодинамиката е последователност от състояния на система, водеща от първоначалния набор от термодинамични параметри до крайния. Различават се следните термодинамични процеси:
- спонтанен, за изпълнението на които не е необходимо да изразходвате енергия;
- неспонтанен, появяващи се само когато се изразходва енергия;
- необратимо(или неравновесен) - когато в резултат на процеса е невъзможно системата да се върне в първоначалното й състояние.
-обратими - това са идеализирани процеси, които преминават напред и назад през едни и същи междинни състояния, като след завършване на цикъла не се наблюдават промени нито в системата, нито в околната среда.
Статусни функции– това са характеристики на системата, които зависят само от параметрите на състоянието, но не зависят от начина на постигането му.
Държавните функции се характеризират със следните свойства:
Безкрайно малка промяна на функцията fе пълен диференциал df;
Промяната във функцията при преминаване от състояние 1 към състояние 2 се определя само от тези състояния ∫ df = f 2 – f 1
В резултат на всеки цикличен процес функцията на състоянието не се променя, т.е. равно на нула.
Топлина и работа– методи за обмен на енергия между RDS и околната среда. Топлината и работата са характеристики на процес; те не са функции на състоянието.
работа- форма на обмен на енергия на макроскопично ниво, когато възниква насочено движение на обект. Работата се счита за положителна, ако се извършва от системата срещу външни сили.
Топлина– форма на енергиен обмен на микроскопично ниво, т.е. под формата на промяна в хаотичното движение на молекулите. Общоприето е, че получената от системата топлина и извършената върху нея работа са положителни, т.е. действа “егоистичният принцип”. .
Най-често използваните единици за енергия и работа, особено в термодинамиката, са SI джаул (J) и несистемната единица калория (1 cal = 4,18 J).
В зависимост от естеството на обекта се разграничават различни видове работа:
1. Механични - движение на тялото
dA козина = - F ex dl.(2.1)
Работата е скаларно произведение на 2 вектора на сила и преместване, т.е.
|dA кожа | = F dl cosα. Ако посоката на външната сила е противоположна на движението, извършвано от вътрешни сили, тогава cosα < 0.
2. Операция за разширение (най-често се разглежда разширяването на газа)
dA = - p dV (1.7)
Трябва обаче да се има предвид, че този израз е валиден само за обратим процес.
3. Електрически – движение на електрически заряди
dA el = -jdq,(2.2)
Къде j-електрически потенциал.
4. Повърхностни – промяна на площта,
dA повърхност = -sdS,(2.3)
Къде п-повърхностно напрежение.
5. Общ израз за работа
dA = - Ydx,(2.4)
Y– обобщена сила, dx-обобщена координата, така че работата може да се разглежда като продукт на интензивен фактор и промяна в екстензивен фактор.
6. Извикват се всички видове работи, с изключение на разширителните работи полезно работа (dA’). dA = рdV + dА’ (2.5)
7. По аналогия можем да въведем понятието химически работа при движение в посока к-то химично вещество, n k– екстензивно свойство, докато интензивен параметър m kнаречен химичен потенциал к-то вещество
dA химикал = -Sm k dn k. (2.6)
Определение 1
Термодинамичната система е съвкупност и постоянство от макроскопични физически тела, които винаги взаимодействат помежду си и с други елементи, като обменят енергия с тях.
В термодинамиката те обикновено разбират система като макроскопична физическа форма, която се състои от огромен брой частици, които не предполагат използването на макроскопични индикатори за описание на всеки отделен елемент. Няма определени ограничения в природата на материалните тела, които са съставни компоненти на такива концепции. Те могат да бъдат представени като атоми, молекули, електрони, йони и фотони
Термодинамичните системи се предлагат в три основни типа:
- изолиран - няма обмен с материя или енергия с околната среда;
- затворен - тялото не е взаимосвързано с околната среда;
- отворен - има обмен на енергия и маса с външното пространство.
Енергията на всяка термодинамична система може да бъде разделена на енергия, която зависи от позицията и движението на системата, както и енергия, която се определя от движението и взаимодействието на микрочастиците, които формират концепцията. Втората част във физиката се нарича вътрешна енергия на системата.
Характеристики на термодинамичните системи
Фигура 1. Видове термодинамични системи. Author24 - онлайн обмен на студентски работи
Бележка 1
Отличителните характеристики на системите в термодинамиката могат да бъдат всеки обект, наблюдаван без използването на микроскопи и телескопи.
За да се даде пълно описание на такава концепция, е необходимо да се изберат макроскопични детайли, чрез които е възможно точно да се определи налягане, обем, температура, магнитна индукция, електрическа поляризация, химичен състав и маса на движещи се компоненти.
За всяка термодинамична система има условни или реални граници, които ги отделят от околната среда. Вместо това те често разглеждат концепцията за термостат, която се характеризира с толкова висок топлинен капацитет, че в случай на топлообмен с анализираната концепция температурният параметър остава непроменен.
В зависимост от общия характер на взаимодействието на термодинамичната система с околната среда е обичайно да се разграничават:
- изолирани видове, които не обменят нито материя, нито енергия с външната среда;
- адиабатно изолирани - системи, които не обменят материя с външната среда, но влизат в обмен на енергия;
- затворени системи - такива, които не обменят с материята, допуска се само незначителна промяна в стойността на вътрешната енергия;
- отворени системи - тези, които се характеризират с пълен трансфер на енергия и материя;
- частично отворени - имат полупропускливи прегради, поради което не участват напълно в обмена на материали.
В зависимост от формулировката значението на термодинамичната концепция може да бъде разделено на прости и сложни варианти.
Вътрешна енергия на системите в термодинамиката
Фигура 2. Вътрешна енергия на термодинамична система. Author24 - онлайн обмен на студентски работи
Бележка 2
Основните термодинамични показатели, които пряко зависят от масата на системата, включват вътрешна енергия.
Тя включва кинетична енергия, дължаща се на движението на елементарни частици на материята, както и потенциална енергия, която се появява по време на взаимодействието на молекулите една с друга. Този параметър винаги е недвусмислен. Тоест значението и реализацията на вътрешната енергия са постоянни винаги, когато концепцията е в желаното състояние, независимо от метода, чрез който е постигната тази позиция.
В системи, чийто химичен състав остава непроменен по време на енергийните трансформации, при определяне на вътрешната енергия е важно да се вземе предвид само енергията на топлинното движение на материалните частици.
Добър пример за такава система в термодинамиката е идеалният газ. Свободната енергия е определено количество работа, което физическото тяло може да извърши в изотермичен обратим процес, или свободната енергия представлява максималната възможна функционалност, която една концепция може да изпълни, притежавайки значителен запас от вътрешна енергия. Вътрешната енергия на системата е равна на сумата от свързаното и свободното напрежение.
Определение 2
Свързаната енергия е тази част от вътрешната енергия, която не може самостоятелно да се превърне в работа - това е обезценен елемент от вътрешната енергия.
При същата температура този параметър нараства с увеличаване на ентропията. По този начин ентропията на една термодинамична система е мярка за осигуряването на нейната първоначална енергия. В термодинамиката има и друго определение - загуба на енергия в стабилна изолирана система
Обратим процес е термодинамичен процес, който може да протича бързо както в обратна, така и в предна посока, преминавайки през едни и същи междинни позиции, като концепцията в крайна сметка се връща в първоначалното си състояние без разход на вътрешна енергия и не остават никакви макроскопични промени в околната среда пространство.
Обратимите процеси произвеждат максимална работа. На практика е невъзможно да се получат най-добри резултати от системата. Това дава теоретично значение на обратимите явления, които протичат безкрайно бавно и могат да бъдат достигнати само на къси разстояния.
Определение 3
В науката необратим е процес, който не може да се осъществи в обратна посока чрез същите междинни състояния.
Всички реални явления във всеки случай са необратими. Примери за такива ефекти са термична дифузия, дифузия, вискозен поток и топлинна проводимост. Преходът на кинетичната и вътрешната енергия на макроскопичното движение чрез постоянно триене в топлина, тоест в самата система, е необратим процес.
Променливи на състоянието на системата
Състоянието на всяка термодинамична система може да се определи от текущата комбинация от нейните характеристики или свойства. Всички нови променливи, които са напълно определени само в определен момент от времето и не зависят от това как точно концепцията е стигнала до тази позиция, се наричат термодинамични параметри на състоянието или основни функции на пространството.
В термодинамиката една система се счита за стационарна, ако променливите стойности остават стабилни и не се променят с течение на времето. Един от вариантите за стационарно състояние е термодинамичното равновесие. Всяка, дори и най-незначителната промяна в концепцията вече е физически процес, така че може да съдържа от един до няколко променливи индикатора на състоянието. Последователността, в която състоянията на системата систематично се трансформират едно в друго, се нарича „път на процеса“.
За съжаление все още съществува объркване с термини и подробни описания, тъй като една и съща променлива в термодинамиката може да бъде или независима, или резултат от добавянето на няколко функции на системата наведнъж. Следователно термини като „параметър на състоянието“, „функция на състоянието“, „променлива на състоянието“ понякога могат да се разглеждат като синоними.