Страница 1
Термодинамичната система, както всяка друга физическа система, има определено количество енергия, което обикновено се нарича вътрешна енергия на системата.
Термодинамичната система се нарича изолирана, ако не може да обменя нито енергия, нито материя с външната среда. Пример за такава система е газ, затворен в съд с постоянен обем. Термодинамичната система се нарича адиабатична, ако не може да обменя енергия с други системи чрез топлообмен.
Термодинамичната система е набор от тела, които в една или друга степен могат да обменят енергия и материя между себе си и околната среда.
Термодинамичните системи се делят на затворени, които не обменят материя с други системи, и отворени, които обменят материя и енергия с други системи. В случаите, когато една система не обменя енергия и материя с други системи, тя се нарича изолирана, а когато няма топлообмен, системата се нарича адиабатна.
Термодинамичните системи могат да се състоят от смеси от чисти вещества. Смес (разтвор) се нарича хомогенна, когато химичният състав и физичните свойства на всякакви малки частици са еднакви или се променят непрекъснато от една точка на системата в друга. Плътността, налягането и температурата на хомогенна смес са еднакви във всяка точка. Пример за хомогенна система е определен обем вода, чийто химичен състав е еднакъв, но физичните свойства варират от една точка до друга.
Термодинамична система с определено количествено съотношение на компонентите се нарича единична физикохимична система.
Термодинамичните системи (макроскопичните тела), наред с механичната енергия E, имат и вътрешна енергия U, която зависи от температурата, обема, налягането и други термодинамични параметри.
Термодинамичната система се нарича неизолирана или отворена, ако може да получава или отдава топлина на околната среда и да произвежда работа, а външната среда може да извършва работа върху системата. Една система е изолирана или затворена, ако не обменя топлина с околната среда и промяната в налягането вътре в системата не влияе на околната среда и последната не може да извършва работа върху системата.
Термодинамичните системи се състоят от статистически голям брой частици.
При определени външни условия термодинамичната система (или изолирана система) достига състояние, характеризиращо се с постоянство на нейните параметри във времето и липса на потоци от материя и топлина в системата. Това състояние на системата се нарича равновесие или равновесно състояние. Системата не може спонтанно да излезе от това състояние. Състоянието на система, в която няма равновесие, се нарича неравновесно. Процесът на постепенен преход на системата от неравновесно състояние, причинено от външни въздействия, към равновесно състояние се нарича релаксация, а периодът от време, през който системата се връща в равновесно състояние, се нарича време на релаксация.
В този случай термодинамичната система извършва разширяване чрез намаляване на вътрешната енергия на системата.
Термодинамичната система е обект на изследване в термодинамиката и представлява набор от тела, които енергийно взаимодействат помежду си и с околната среда и обменят материя с нея.
Термодинамична система, оставена сама на себе си при постоянни външни условия, достига до състояние на равновесие, характеризиращо се с постоянството на всички параметри и липсата на макроскопични движения. Това състояние на системата се нарича състояние на термодинамично равновесие.
Термодинамичната система се характеризира с краен брой независими променливи - макроскопични величини, наречени термодинамични параметри. Един от независимите макроскопични параметри на термодинамичната система, който я отличава от механичната, е температурата като мярка за интензивността на топлинното движение. Температурата на тялото може да се промени поради топлообмен с околната среда и действието на източници на топлина и в резултат на самия процес на деформация. Връзката между деформация и температура се установява с помощта на термодинамиката.
Термодинамична система е всяка физическа система, състояща се от голям брой частици - атоми и молекули, които претърпяват безкрайно топлинно движение и, взаимодействайки помежду си, обменят енергия. Такива термодинамични системи, при това най-прости, са газове, чиито молекули извършват произволни транслационни и ротационни движения и обменят кинетична енергия по време на сблъсъци. Твърдите тела също са термодинамични системи.
и течни вещества. Молекулите на твърдите вещества претърпяват произволни вибрации около своите равновесни позиции; обменът на енергия между молекулите възниква поради тяхното непрекъснато взаимодействие, в резултат на което изместването на една молекула от нейното равновесно положение веднага се отразява в местоположението и скоростта на движение на средните молекули. Тъй като средната енергия на топлинното движение на молекулите, съгласно формули (1.7) и (1.8), е свързана с температурата, температурата е най-важното физическо количество, характеризиращо различните състояния на термодинамичните системи. В допълнение към температурата, състоянията на такива системи се определят и от обема, който заемат, и външното налягане или външните сили, действащи върху системата.
Важно свойство на термодинамичните системи е наличието на равновесни състояния, в които те могат да останат за произволно дълго време. Ако върху термодинамична система, която е в едно от равновесните състояния, се упражни някакво външно въздействие и след това бъде спряно, тогава системата спонтанно преминава в ново равновесно състояние. Трябва обаче да се подчертае, че тенденцията за преминаване към равновесно състояние винаги действа непрекъснато, дори през времето, когато системата е изложена на външни влияния. Тази тенденция, или по-точно, постоянното съществуване на процеси, водещи до постигане на равновесни състояния, е най-важната характеристика на термодинамичните системи.
За газ, затворен в определен контейнер, равновесието е състояние, при което температурата, налягането и плътността (или броят на молекулите на единица обем) в обема на газа са еднакви навсякъде. Ако на някое място в този обем се предизвика локално нагряване или компресия, тогава в системата ще започне процес на изравняване на температурата и налягането; този процес ще продължи, докато има външно влияние, но едва след прекратяване на това влияние процесът на изравняване ще доведе системата до ново равновесно състояние.
Състоянията на изолирани термодинамични системи, които въпреки липсата на външни влияния не се запазват за ограничени периоди от време, се наричат неравновесни. Системата, първоначално в неравновесно състояние, преминава в равновесно състояние с течение на времето. Времето на преход от неравновесно състояние към равновесно състояние се нарича време на релаксация. Обратният преход от равновесно състояние към неравновесно състояние може да се извърши с помощта на външни влияния върху системата. По-специално, състоянието на система с различни температури на различни места е неравновесно; изравняване на температурата в газове, твърди вещества и течности е преминаването на тези тела в равновесно състояние със същата температура в обема на тялото. Друг пример за неравновесно състояние може да бъде даден чрез разглеждане на двуфазни системи, състоящи се от течност и нейните пари. Ако има ненаситена пара над повърхността на течност в затворен съд, тогава състоянието на системата е неравновесно: броят на молекулите, излизащи от течността за единица време, е по-голям от броя
молекули, връщащи се от пара към течност през същото време. В резултат на това с течение на времето броят на молекулите в състояние на пара се увеличава (т.е. плътността на парите се увеличава), докато се установи равновесно състояние с
Преходът от неравновесно състояние към равновесно в повечето случаи се извършва непрекъснато и скоростта на този преход може да се регулира плавно с помощта на подходящи външни влияния, което прави процеса на релаксация много бърз или много бавен. Например, чрез механично разбъркване можете значително да увеличите скоростта на изравняване на температурата в течности или газове; Чрез охлаждане на течност можете да направите процеса на дифузия на разтвореното в нея вещество много бавен и т.н.
За някои системи съществуват състояния, наречени метастабилни, в които тези системи могат да останат за относително дълго време, но веднага щом върху системата се упражни външно въздействие от определено естество, настъпва спонтанен рязък преход към равновесно състояние. В тези случаи външното въздействие само отваря възможността за преминаване към равновесно състояние. Например, достатъчно чиста вода може да се нагрее до температура няколко градуса над точката на кипене с бавно подаване на топлина. Това състояние на водата е метастабилно; ако разклатите такава вода (или добавите малък брой прахови частици - центрове за образуване на парни мехурчета), тя кипи експлозивно и температурата й рязко пада до точката на кипене. По този начин метастабилното състояние се характеризира с факта, че когато бъде извадено от това състояние, системата не само не се връща към него, но, напротив, се отдалечава от него още повече, скачайки в съществуващото за тази система състояние на равновесие.
Въведение. 2
Термодинамика. Обща концепция. 3
Концепцията за термодинамична система.. 4
Видове термодинамични системи.. 6
Термодинамични процеси.. 7
Обратими и необратими процеси.. 7
Вътрешна енергия на системата.. 10
Нулев закон на термодинамиката.. 11
Първи закон на термодинамиката.. 12
Втори закон на термодинамиката.. 14
Трети закон на термодинамиката... 16
Последици. 17
Непостижимостта на абсолютните нулеви температури. 17
Поведение на термодинамичните коефициенти. 17
Въведение
Постоянно се сблъскваме не само с механично движение, но и с топлинни явления, които са свързани с промени в телесната температура или преминаването на веществата в различни агрегатни състояния - течни, газообразни или твърди.
Топлинните процеси са от голямо значение за съществуването на живота на Земята, тъй като протеинът е способен на жизнена активност само в определен температурен диапазон. Животът на Земята зависи от температурата на околната среда.
Хората са постигнали относителна независимост от околната среда, след като са се научили да правят огън. Това е едно от най-големите открития в зората на човечеството.
Термодинамиката е наука за топлинните явления, която не взема предвид молекулярната структура на телата. Законите на термодинамиката и тяхното приложение ще бъдат обсъдени в това есе.
Термодинамика. Обща концепция
Принципите на термодинамиката са набор от постулати, които са в основата на термодинамиката. Тези разпоредби са установени в резултат на научни изследвания и са доказани експериментално. Те се приемат като постулати, за да може термодинамиката да се конструира аксиоматично.
Необходимостта от принципите на термодинамиката се дължи на факта, че термодинамиката описва макроскопичните параметри на системите без конкретни предположения относно тяхната микроскопична структура. Статистическата физика се занимава с въпроси на вътрешната структура.
Принципите на термодинамиката са независими, тоест никой от тях не може да бъде извлечен от другите принципи.
Списък на принципите на термодинамиката
· Първият закон на термодинамиката е законът за запазване на енергията, приложен към термодинамичните системи.
· Вторият закон на термодинамиката налага ограничения върху посоката на термодинамичните процеси, като забранява спонтанния пренос на топлина от по-слабо нагрети тела към по-нагрети. Също формулиран като закон за нарастваща ентропия.
· Третият закон на термодинамиката казва как се държи ентропията близо до абсолютната нула.
· Нулевият (или общ) закон на термодинамиката понякога се нарича принципът, според който една затворена система, независимо от първоначалното състояние, в крайна сметка достига до състояние на термодинамично равновесие и не може да го напусне сама.
Концепцията за термодинамична система
Термодинамична система е всяка физическа система, състояща се от голям брой частици-атоми и молекули, които претърпяват безкрайно топлинно движение и взаимодействат помежду си и обменят енергия. Такива термодинамични системи, при това най-прости, са газове, чиито молекули претърпяват произволно постъпателно и въртеливо движение и обменят кинетична енергия по време на сблъсъци. Твърдите и течните вещества също са термодинамични системи.
Молекулите на твърдите тела извършват произволни вибрации около техните равновесни позиции, обменът на енергия между молекулите възниква поради тяхното непрекъснато взаимодействие, в резултат на което изместването на една молекула от нейното равновесно положение веднага се отразява в местоположението и скоростта на движение на съседните молекули. Тъй като средната енергия на топлинното движение на молекулите е свързана с температурата, температурата е най-важното физическо количество, характеризиращо различните състояния на термодинамичните системи. В допълнение към температурата, състоянието на такива системи се определя и от обема, който заемат, и външното налягане или външните сили, действащи върху системата.
Важно свойство на термодинамичните системи е наличието на равновесни състояния, в които те могат да останат за произволно време. Ако върху термодинамична система, която е в едно от равновесните състояния, се упражни някакво външно въздействие и след това бъде спряно, тогава системата спонтанно преминава в ново равновесно състояние. Трябва обаче да се подчертае, че тенденцията за преминаване към равновесно състояние е винаги и непрекъснато активна, дори и извън времето, когато системата е изложена на външни въздействия.
Тази тенденция, или по-точно, постоянното съществуване на процеси, водещи до постигане на равновесно състояние, е най-важната характеристика на термодинамичните системи.
Състояния на изолирана термодинамична система, които въпреки липсата на външни влияния не се запазват за крайни периоди от време, се наричат неравновесни. Системата, първоначално в неравновесно състояние, преминава в равновесно състояние с течение на времето. Времето на преход от неравновесно състояние към равновесно състояние се нарича време на релаксация. Обратният преход от равновесно състояние към неравновесно състояние може да се извърши с помощта на външни влияния върху системата.
По-специално, състоянието на система с различни температури на различни места е неравновесно; изравняването на t 0 в газове, твърди вещества и течности е преходът на тези тела към равновесно състояние със същото t 0 в обема на тялото. Друг пример за неравновесно състояние може да бъде даден чрез разглеждане на двуфазни системи, състоящи се от течност и нейните пари. Ако над повърхността на течност в затворен съд има ненаситена пара, тогава състоянието на системата е неравновесно: броят на молекулите, излизащи от течността за единица време, е по-голям от броя на молекулите, които се връщат от парата в течността. през същото време. В резултат на това с течение на времето броят на молекулите в парообразно състояние се увеличава, докато се установи равновесно състояние.
Преходът от равновесно състояние към равновесно състояние в повечето случаи се случва непрекъснато и скоростта на този преход може да се регулира плавно с помощта на подходящи външни влияния, което прави процеса на релаксация много бърз или много бавен. Например, чрез механично разбъркване можете значително да увеличите скоростта на изравняване на температурата в течности или газове; чрез охлаждане на течността можете да направите процеса на дифузия на разтвореното в нея вещество много бавен.
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.
Да предположим например, че 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 атомната електроцентрала се основава на цикъл пара-вода, с други думи, можем да разгледаме изпарението на водата в ядрото, въртенето на турбината ротор от пара, кондензацията на пара и потока 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 газовете и парите, 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 работния флуид 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 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 това 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 други, 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- съвкупност от макроскопични тела, които могат да взаимодействат помежду си и с други тела (външната среда) - обменят енергия и материя с тях. Обменът на енергия и материя може да се извърши както в самата система между нейните части, така и между системата и външната среда. В зависимост от възможните методи за изолиране на системата от външната среда се разграничават няколко типа термодинамични системи.
Отворена системанаречена термодинамична система, която може да обменя материя и енергия с външната среда. Типични примери за такива системи са всички живи организми, както и течности, чиято маса непрекъснато намалява поради изпаряване или кипене.
Термодинамична системанаречен затворен, ако не може да обменя нито енергия, нито материя с външната среда. Затвореносистема ще наричаме термодинамична система, която е механично изолирана, т.е. неспособни да обменят енергия с външната среда чрез извършване на работа. Пример за такава система е газ, затворен в съд с постоянен обем. Термодинамичната система се нарича адиабатен, ако не може да обменя енергия с други системи чрез топлообмен.
Термодинамични параметри (параметри на състоянието)са физични величини, които служат за характеризиране на състоянието на термодинамична система.
Примери за термодинамични параметри са налягане, обем, температура, концентрация. Има два вида термодинамични параметри: обширени интензивен. Първите са пропорционални на количеството вещество в дадена термодинамична система, вторите не зависят от количеството вещество в системата. Най-простият екстензивен параметър е обемът Vсистеми. Размер v, равен на отношението на обема на системата към нейната маса, се нарича специфичен обем на системата. Най-простите интензивни параметри са налягането rи температура Т.
Налягането е физическа величина
Къде dFn– модул на нормална сила, действаща върху малка площ от повърхността на плоско тяло
пестеливо dS.
Ако налягането и специфичният обем имат ясно и просто физическо значение, тогава концепцията за температура е много по-сложна и по-малко ясна. Нека отбележим преди всичко, че понятието температура, строго погледнато, има смисъл само за равновесни състояния на системата.
Равновесно състояние на термодинамична система– състояние на системата, в което всички параметри имат определени стойности и в което системата може да остане толкова дълго, колкото желаете. Температурата във всички части на една термодинамична система в равновесно състояние е една и съща.
При топлообмен между две тела с различни температури, топлината се пренася от тялото с по-висока температура към тялото с по-ниска температура. Този процес спира, когато температурите на двете тела се изравнят.
Температурата на система в равновесно състояние служи като мярка за интензивността на топлинното движение на атомите, молекулите и другите частици, които образуват системата. В система от частици, описана от законите на класическата статистическа физика и в равновесно състояние, средната кинетична енергия на топлинното движение на частиците е право пропорционална на термодинамичната температура на системата. Затова понякога се казва, че температурата характеризира степента на нагряване на тялото.
При измерване на температурата, което може да се извърши само косвено, се използва зависимостта от температурата на редица физични свойства на тялото, които могат да бъдат измерени пряко или косвено. Например при промяна на температурата на едно тяло се променят неговата дължина и обем, плътност, еластични свойства, електрическо съпротивление и др. Промяната на някое от тези свойства е основата за измерване на температурата. За целта е необходимо за едно (избрано) тяло, наречено термометрично тяло, да е известна функционалната зависимост на това свойство от температурата. За практически измервания на температурата се използват температурни скали, установени с помощта на термометрични тела. В Международната температурна скала по Целзий температурата се изразява в градуси по Целзий (°C) [A. Целзий (1701–1744) – шведски учен] и е обозначен t, и се приема, че при нормално налягане 1.01325 × 10 5 Pa температурите на топене на лед и вряща вода са равни съответно на 0 и 100 °C. В термодинамичната температурна скала температурата се изразява в Келвин (K) [U. Томсън, лорд Келвин (1821–1907) – английски физик], означ. Ти се нарича термодинамична температура. Връзка между термодинамичната температура Ти температурата по Целзиевата скала има формата Т = t + 273,15.
температура Т= 0 K (градусна скала t= –273,15 °C) се нарича абсолютна нулатемпература или нула по термодинамичната температурна скала.
Параметрите на състоянието на системата се разделят на външни и вътрешни. Външни параметрисистемите са физически величини, които зависят от позицията в пространството и различни свойства (например електрически заряди) на тела, които са външни за дадена система. Например за газ този параметър е обем Vсъд,
в който се намира газът, тъй като обемът зависи от разположението на външните тела - стените на съда. Атмосферното налягане е външен параметър за течност в отворен съд. Вътрешни параметрисистемите са физически величини, които зависят както от положението на телата, външни за системата, така и от координатите и скоростите на частиците, образуващи тази система. Например вътрешните параметри на газа са неговото налягане и енергия, които зависят от координатите и скоростите на движещите се молекули и от плътността на газа.
Под термодинамичен процесразбира всяка промяна в състоянието на разглежданата термодинамична система, характеризираща се с промяна в нейните термодинамични параметри. Термодинамичният процес се нарича равновесие, ако в този процес системата преминава през непрекъсната поредица от безкрайно близки термодинамично равновесни състояния. Реалните процеси на промяна на състоянието на системата винаги протичат с крайна скорост и следователно не могат да бъдат равновесни. Очевидно е обаче, че реалният процес на промяна на състоянието на системата ще бъде по-близо до равновесието, колкото по-бавно протича, затова такива процеси се наричат квазистатичен.
Примери за най-простите термодинамични процеси са следните процеси:
а) изотермичен процес, при който температурата на системата не се променя ( Т= const);
б) изохоричен процес, протичащ при постоянен обем на системата ( V= const);
в) изобарен процес, протичащ при постоянно налягане в системата ( стр= const);
г) адиабатен процес, протичащ без топлообмен между системата и външната среда.