Страница 1
Термодинамичкиот систем, како и секој друг физички систем, има одредена количина на енергија, која обично се нарекува внатрешна енергија на системот.
Термодинамичкиот систем се нарекува изолиран ако не може да размени ниту енергија ниту материја со надворешната средина. Пример за таков систем е гас затворен во сад со постојан волумен. Термодинамичкиот систем се нарекува адијабатски ако не може да размени енергија со други системи со размена на топлина.
Термодинамички систем е збир на тела кои, до еден или друг степен, можат да разменуваат енергија и материја меѓу себе и околината.
Термодинамичките системи се делат на затворени, кои не ја разменуваат материја со други системи и отворени, кои разменуваат материја и енергија со други системи. Во случаите кога системот не разменува енергија и материја со други системи, тој се нарекува изолиран, а кога нема размена на топлина, системот се нарекува адијабатски.
Термодинамичките системи може да се состојат од мешавини на чисти материи. Мешавината (растворот) се нарекува хомогена кога хемискиот состав и физичките својства во сите мали честички се исти или постојано се менуваат од една до друга точка на системот. Густината, притисокот и температурата на хомогена смеса се идентични во која било точка. Пример за хомоген систем е одреден волумен на вода, чиј хемиски состав е ист, но физичките својства варираат од една до друга точка.
Термодинамички систем со одреден квантитативен однос на компоненти се нарекува единствен физичко-хемиски систем.
Термодинамичките системи (макроскопски тела), заедно со механичката енергија Е, имаат и внатрешна енергија U, која зависи од температурата, волуменот, притисокот и другите термодинамички параметри.
Термодинамичкиот систем се нарекува неизолиран или отворен, ако може да прима или да испушта топлина на околината и да произведе работа, а надворешната средина може да врши работа на системот. Системот е изолиран, или затворен, доколку не разменува топлина со околината, а промената на притисокот внатре во системот не влијае на околината и таа не може да работи на системот.
Термодинамичките системи се состојат од статистички голем број честички.
Под одредени надворешни услови, термодинамички систем (или изолиран систем) доаѓа во состојба која се карактеризира со постојаност на неговите параметри со текот на времето и отсуство на проток на материја и топлина во системот. Оваа состојба на системот се нарекува рамнотежа или рамнотежна состојба. Системот не може спонтано да излезе од оваа состојба. Состојбата на системот во кој нема рамнотежа се нарекува нерамнотежа. Процесот на постепен премин на системот од нерамнотежна состојба предизвикана од надворешни влијанија во состојба на рамнотежа се нарекува релаксација, а временскиот период за враќање на системот во состојба на рамнотежа се нарекува време на релаксација.
Во овој случај, термодинамичкиот систем врши работа на проширување со намалување на внатрешната енергија на системот.
Термодинамичкиот систем е предмет на проучување во термодинамиката и е збир на тела кои енергетски комуницираат едни со други и со околината и разменуваат материја со неа.
Термодинамички систем, оставен сам на себе под постојани надворешни услови, доаѓа во состојба на рамнотежа, која се карактеризира со постојаност на сите параметри и отсуство на макроскопски движења. Оваа состојба на системот се нарекува состојба на термодинамичка рамнотежа.
Термодинамичкиот систем се карактеризира со конечен број на независни променливи - макроскопски величини наречени термодинамички параметри. Еден од независните макроскопски параметри на термодинамичкиот систем, кој го разликува од механичкиот, е температурата како мерка за интензитетот на термичкото движење. Температурата на телото може да се промени поради размена на топлина со околината и дејството на изворите на топлина и како резултат на самиот процес на деформација. Врската помеѓу деформацијата и температурата е воспоставена со помош на термодинамика.
Термодинамички систем е секој физички систем кој се состои од голем број честички - атоми и молекули, кои се подложени на бескрајно термичко движење и, во интеракција едни со други, разменуваат енергии. Таквите термодинамички системи, а притоа и наједноставните, се гасовите, чии молекули вршат случајни транслациски и ротациони движења и разменуваат кинетичка енергија при судири. Цврстите материи се исто така термодинамички системи.
и течни материи. Молекулите на цврстите материи подлежат на случајни вибрации околу нивните рамнотежни позиции; размената на енергија помеѓу молекулите се јавува поради нивната континуирана интеракција, како резултат на што поместувањето на една молекула од нејзината рамнотежна положба веднаш се рефлектира во локацијата и брзината на движење на средните молекули. Бидејќи просечната енергија на топлинското движење на молекулите, според формулите (1.7) и (1.8), е поврзана со температурата, температурата е најважната физичка големина што ги карактеризира различните состојби на термодинамичките системи. Покрај температурата, состојбите на таквите системи се определуваат и од волуменот што го заземаат и надворешниот притисок или надворешните сили што дејствуваат на системот.
Важно својство на термодинамичките системи е постоењето на рамнотежни состојби во кои тие можат да останат произволно долго време. Ако се изврши некое надворешно влијание врз термодинамички систем кој е во една од состојбите на рамнотежа и потоа се запре, тогаш системот спонтано преминува во нова рамнотежна состојба. Сепак, треба да се нагласи дека тенденцијата за преминување во рамнотежна состојба секогаш функционира континуирано, дури и во времето кога системот е изложен на надворешни влијанија. Оваа тенденција, или поточно, постојаното постоење на процеси кои водат до постигнување на рамнотежни состојби е најважната карактеристика на термодинамичките системи.
За гас затворен во одреден сад, рамнотежата е состојба во која температурата, притисокот и густината (или бројот на молекули по единица волумен) во волуменот на гасот се насекаде исти. Доколку се предизвика локално загревање или компресија на кое било место во овој волумен, тогаш во системот ќе започне процесот на изедначување на температурата и притисокот; овој процес ќе продолжи да се случува се додека постои надворешно влијание, но само по престанокот на ова влијание, процесот на изедначување ќе го доведе системот до нова рамнотежна состојба.
Состојбите на изолираните термодинамички системи, кои и покрај отсуството на надворешни влијанија, не опстојуваат конечни временски периоди, се нарекуваат нерамнотежа. Системот, првично во нерамнотежна состојба, со текот на времето преминува во рамнотежна состојба. Времето на премин од нерамнотежна состојба во состојба на рамнотежа се нарекува време на релаксација. Обратна транзиција од рамнотежна состојба во нерамнотежна состојба може да се изврши со помош на надворешни влијанија врз системот. Конкретно, состојбата на систем со различни температури на различни места е нерамнотежа; изедначување на температурата во гасови, цврсти материи и течности е премин на овие тела во рамнотежна состојба со иста температура во обемот на телото. Друг пример за нерамнотежна состојба може да се даде со разгледување на двофазни системи што се состојат од течност и нејзината пареа. Ако има незаситена пареа над површината на течноста во затворен сад, тогаш состојбата на системот не е рамнотежа: бројот на молекули што излегуваат од течноста по единица време е поголем од бројот
молекули кои се враќаат од пареа во течност во исто време. Како резултат на тоа, со текот на времето, бројот на молекули во состојба на пареа се зголемува (т.е., густината на пареата се зголемува) додека не се воспостави рамнотежа со
Преминот од нерамнотежна состојба во рамнотежна состојба во повеќето случаи се случува континуирано, а брзината на оваа транзиција може непречено да се прилагоди користејќи соодветни надворешни влијанија, правејќи го процесот на релаксација или многу брз или многу бавен. На пример, со механичко мешање може значително да ја зголемите стапката на изедначување на температурата во течности или гасови; Со ладење на течност, можете да го направите процесот на дифузија на супстанцијата растворена во неа многу бавен, итн.
За некои системи, постојат состојби наречени метастабилни, во кои овие системи можат да останат релативно долго, но штом ќе се изврши надворешно влијание од одредена природа врз системот, настанува спонтан нагло преминување во состојба на рамнотежа. Во овие случаи, надворешното влијание само ја отвора можноста за премин во рамнотежна состојба. На пример, доволно чиста вода може да се загрее на температура неколку степени над точката на вриење со бавно снабдување со топлина. Оваа состојба на вода е метастабилна; ако ја протресете таквата вода (или додадете мал број честички прашина - центри за формирање на меурчиња од пареа), таа експлозивно врие и нејзината температура нагло паѓа до точката на вриење. Така, метастабилната состојба се карактеризира со тоа што кога ќе се отстрани од оваа состојба, системот не само што не се враќа во него, туку, напротив, уште повеќе се оддалечува од него, влегувајќи во рамнотежна состојба што постои за овој систем.
Вовед. 2
Термодинамика. Општ концепт. 3
Концептот на термодинамички систем.. 4
Видови термодинамички системи.. 6
Термодинамички процеси.. 7
Реверзибилни и неповратни процеси.. 7
Внатрешна енергија на системот.. 10
Нулта закон на термодинамиката.. 11
Првиот закон на термодинамиката.. 12
Втор закон на термодинамиката.. 14
Трет закон на термодинамиката... 16
Последици. 17
Недостижноста на температурите на апсолутна нула. 17
Однесување на термодинамички коефициенти. 17
Вовед
Постојано се среќаваме не само со механичко движење, туку и со термички феномени кои се поврзани со промени во температурата на телото или со преминување на супстанции во различни состојби на агрегација - течни, гасовити или цврсти.
Термичките процеси се од големо значење за постоењето на живот на Земјата, бидејќи протеинот е способен за витална активност само во одреден температурен опсег. Животот на Земјата зависи од температурата на околината.
Луѓето постигнаа релативна независност од околината откако научија да палат оган. Ова беше едно од најголемите откритија на зората на човештвото.
Термодинамиката е наука за топлинските феномени која не ја зема предвид молекуларната структура на телата. Законите на термодинамиката и нивната примена ќе бидат разгледани во овој есеј.
Термодинамика. Општ концепт
Принципите на термодинамиката се збир на постулати во основата на термодинамиката. Овие одредби беа воспоставени како резултат на научно истражување и беа докажани експериментално. Тие се прифатени како постулати за да може термодинамиката да се конструира аксиоматски.
Потребата од принципите на термодинамиката се должи на фактот што термодинамиката ги опишува макроскопските параметри на системите без конкретни претпоставки во однос на нивната микроскопска структура. Статистичката физика се занимава со прашања од внатрешната структура.
Принципите на термодинамиката се независни, односно ниту еден од нив не може да се изведе од другите принципи.
Список на принципи на термодинамиката
· Првиот закон на термодинамиката е законот за зачувување на енергијата што се применува на термодинамичките системи.
· Вториот закон за термодинамика наметнува ограничувања на насоката на термодинамичките процеси, забранувајќи спонтано пренесување на топлина од помалку загреани тела на позагреани тела. Формулиран и како закон за зголемување на ентропијата.
· Третиот закон на термодинамиката кажува како ентропијата се однесува во близина на температурите на апсолутна нула.
· Нултиот (или општ) закон на термодинамиката понекогаш се нарекува принцип според кој затворениот систем, без оглед на почетната состојба, на крајот доаѓа до состојба на термодинамичка рамнотежа и не може да ја напушти сам.
Концептот на термодинамички систем
Термодинамички систем е секој физички систем кој се состои од голем број честички-атоми и молекули кои се подложени на бескрајно термичко движење и меѓусебно комуницираат и разменуваат енергии. Таквите термодинамички системи, а притоа наједноставните, се гасовите, чии молекули се подложени на случајно транслаторно и ротационо движење и разменуваат кинетичка енергија при судири. Цврстите и течните материи се исто така термодинамички системи.
Молекулите на цврсти материи вршат случајни вибрации околу нивните рамнотежни позиции, размената на енергија помеѓу молекулите се јавува поради нивната континуирана интеракција, како резултат на што поместувањето на една молекула од нејзината рамнотежна положба веднаш се рефлектира во локацијата и брзината на движење на соседните молекули. Бидејќи просечната енергија на топлинското движење на молекулите е поврзана со температурата, температурата е најважната физичка големина што ги карактеризира различните состојби на термодинамичките системи. Покрај температурата, состојбата на таквите системи се определува и од волуменот што го зафаќаат и надворешниот притисок или надворешните сили што делуваат на системот.
Важна особина на термодинамичките системи е постоењето на состојби на рамнотежа во кои тие можат да останат долго време. Ако се изврши некое надворешно влијание врз термодинамички систем кој е во една од состојбите на рамнотежа и потоа се запре, тогаш системот спонтано преминува во нова рамнотежна состојба. Сепак, треба да се нагласи дека тенденцијата за премин во рамнотежна состојба е секогаш и континуирано активна, дури и надвор од времето кога системот е изложен на надворешни влијанија.
Оваа тенденција, или поточно, постојаното постоење на процеси кои водат до постигнување на рамнотежна состојба е најважната карактеристика на термодинамичките системи.
Состојбите на изолираниот термодинамички систем, кои и покрај отсуството на надворешни влијанија, не опстојуваат во конечни временски периоди, се нарекуваат нерамнотежа. Системот, првично во нерамнотежна состојба, со текот на времето преминува во рамнотежна состојба. Времето на премин од нерамнотежна состојба во состојба на рамнотежа се нарекува време на релаксација. Обратна транзиција од рамнотежна состојба во нерамнотежна состојба може да се изврши со помош на надворешни влијанија врз системот.
Конкретно, состојбата на систем со различни температури на различни места е нерамнотежа; изедначувањето на t 0 во гасови, цврсти материи и течности е премин на овие тела во рамнотежна состојба со иста t 0 во обемот на тело. Друг пример за нерамнотежна состојба може да се даде со разгледување на двофазни системи што се состојат од течност и нејзината пареа. Ако има незаситена пареа над површината на течноста во затворен сад, тогаш состојбата на системот е нерамнотежа: бројот на молекули што излегуваат од течноста по единица време е поголем од бројот на молекули кои се враќаат од пареата во течноста. во исто време. Како резултат на тоа, со текот на времето, бројот на молекули во состојба на пареа се зголемува додека не се воспостави рамнотежна состојба.
Преминот од рамнотежна состојба во состојба на рамнотежа во повеќето случаи се случува континуирано, а брзината на оваа транзиција може непречено да се прилагоди користејќи соодветни надворешни влијанија, правејќи го процесот на релаксација или многу брз или многу бавен. На пример, со механичко мешање можете значително да ја зголемите стапката на изедначување на температурата во течности или гасови; со ладење на течноста, можете да го направите процесот на дифузија на супстанцијата растворена во неа многу бавен.
Вовед. Предмет на топлинско инженерство. Основни поими и дефиниции. Термодинамички систем. Параметри на државата. Температура. Притисок. Специфичен волумен. Равенка на состојбата. Ван дер Валсова равенка .
Однос помеѓу единиците:
1 бар = 10 5 Па
1 kg/cm 2 (атмосфера) = 9,8067 10 4 Pa
1mmHg st (милиметар жива) = 133 Pa
1 мм вода. чл. (милиметар водена колона) = 9,8067 Pa
Густина - односот на масата на супстанцијата со волуменот што го зафаќа таа супстанција.
Специфичен волумен - реципроцитетот на густината, т.е. односот на волуменот зафатен од супстанцијата до неговата маса.
Дефиниција: Ако во термодинамички систем се промени барем еден од параметрите на кое било тело вклучено во системот, тогаш системот доживува термодинамички процес .
Основни термодинамички параметри на состојбата П, В, Тхомогени тела зависат едно од друго и се меѓусебно поврзани со равенката на состојбата:
F (P, V, T)
За идеален гас, равенката на состојбата е напишана како:
П- притисок
v- специфичен волумен
Т- температура
Р- гасна константа (секој гас има своја вредност)
Ако равенката на состојбата е позната, тогаш за да се одреди состојбата на наједноставните системи доволно е да се знаат две независни променливи од 3
P = f1 (v, t); v = f2 (P, T); T = f3 (v, P).
Термодинамичките процеси често се прикажуваат на графиконите на состојби, каде параметрите на состојбите се исцртани по должината на оските. Точките на рамнината на таков график одговараат на одредена состојба на системот, линиите на графикот одговараат на термодинамички процеси кои го пренесуваат системот од една состојба во друга.
Да разгледаме термодинамички систем кој се состои од едно тело на некој гас во сад со клип, а садот и клипот во овој случај се надворешната средина.
Нека, на пример, гасот се загрева во сад, можни се два случаи:
1) Ако клипот е фиксиран и волуменот не се менува, тогаш притисокот во садот ќе се зголеми. Овој процес се нарекува изохорична(v = const), работи со постојан волумен;
Ориз. 1.1. Изохоричните процеси кај П-Ткоординати: v 1 >v 2 >v 3
2) Ако клипот е слободен, тогаш загреаниот гас ќе се прошири; при постојан притисок, овој процес се нарекува изобарски (П= const), работи со постојан притисок.
Ориз. 1.2 Изобарни процеси во v - Ткоординати: P 1 > P 2 > P 3
Ако со поместување на клипот го промените волуменот на гасот во садот, тогаш температурата на гасот исто така ќе се промени, но со ладење на садот за време на компресија на гас и загревање за време на експанзија, можете да постигнете дека температурата ќе биде константна. со промени во волуменот и притисокот, овој процес се нарекува изотермална (Т= конст).
Ориз. 1.3 Изотермални процеси во P-vкоординати: Т 1 > Т 2 > Т 3
Се нарекува процес во кој нема размена на топлина помеѓу системот и околината адијабатски, додека количината на топлина во системот останува константна ( П= конст). Во реалниот живот, адијабатските процеси не постојат бидејќи не е можно целосно да се изолира системот од околината. Меѓутоа, често се случуваат процеси во кои размената на топлина со околината е многу мала, на пример, брзо компресија на гас во сад со клип, кога топлината нема време да се отстрани поради загревањето на клипот и садот.
Ориз. 1.4 Приближен график на адијабатски процес во P-vкоординати
Дефиниција: Кружен процес (циклус) - е збир на процеси кои го враќаат системот во првобитната состојба. Може да има било кој број на посебни процеси во јамка.
Концептот на кружен процес е клучен за нас во термодинамиката, бидејќи работата на нуклеарната централа се заснова на циклус на пареа-вода, со други зборови, можеме да го земеме предвид испарувањето на водата во јадрото, ротацијата на роторот на турбината со пареа, кондензација на пареа и проток на вода во јадрото како еден вид затворен термодинамички процес или циклус.
Дефиниција: Работно тело - одредена количина на супстанција која, учествувајќи во термодинамичкиот циклус, врши корисна работа. Работната течност во реакторската постројка RBMK е вода, која по испарувањето во јадрото во форма на пареа, работи во турбината, ротирајќи го роторот.
Дефиниција: Преносот на енергија во термодинамички процес од едно тело на друго, поврзано со промена на волуменот на работната течност, со неговото движење во надворешниот простор или со промена на неговата положба се нарекува процесна работа .
Термодинамички систем
Техничката термодинамика (t/d) ги испитува моделите на взаемна конверзија на топлина во работа. Ја утврдува врската помеѓу топлинските, механичките и хемиските процеси што се случуваат во машините за топлина и ладење, ги проучува процесите што се случуваат во гасовите и пареите, како и својствата на овие тела под различни физички услови.
Термодинамиката се заснова на два основни закони (принципи) на термодинамиката:
Првиот закон на термодинамиката- законот за трансформација и зачувување на енергијата;
II закон за термодинамика- ги воспоставува условите за појава и насока на макроскопските процеси во системи составени од голем број честички.
Техничката технологија, применувајќи ги основните закони за процесите на претворање на топлина во механичка работа и обратно, овозможува да се развијат теории за топлински мотори, да се проучуваат процесите што се случуваат во нив итн.
Целта на студијата е термодинамички систем,кои можат да бидат група тела, тело или дел од тело. Она што е надвор од системот се нарекува животната средина. T/D систем е збир на макроскопски тела кои разменуваат енергија едни со други и со околината. На пример: t/d систем е гас сместен во цилиндар со клип, а околината е цилиндар, клип, воздух и ѕидови на просторијата.
Изолиран систем - T/d системот не е во интеракција со околината.
Адијабатски (термички изолиран) систем - системот има адијабатска обвивка, која ја исклучува размената на топлина (размена на топлина) со околината.
Хомоген систем - систем кој има ист состав и физички својства во сите негови делови.
Хомоген систем - хомоген систем по состав и физичка структура, внатре во кој нема интерфејси (мраз, вода, гасови).
Хетероген систем
- систем кој се состои од неколку хомогени делови (фази) со различни физички својства, одделени еден од друг со видливи интерфејси (мраз и вода, вода и пареа).
Кај топлинските мотори (мотори) механичката работа се изведува со помош на работни течности - гас, пареа.
Својствата на секој систем се карактеризираат со голем број на величини, кои обично се нарекуваат термодинамички параметри. Ајде да разгледаме некои од нив, користејќи ги молекуларните кинетички концепти познати од курсот по физика за идеален гас како збирка на молекули кои имаат многу мали димензии, се во случајно термичко движење и комуницираат едни со други само преку судири.
Притисокот е предизвикан од интеракцијата на молекулите на работната течност со површината и е нумерички еднаков на силата што дејствува по единица површина на површината на телото нормална на втората. Во согласност со молекуларната кинетичка теорија, притисокот на гасот се определува со односот
Каде n— број на молекули по единица волумен;
Т- масата на молекулата; од 2- корен средна квадратна брзина на преводното движење на молекулите.
Во Меѓународниот систем на единици (SI), притисокот се изразува во паскали (1 Pa = 1 N/m2). Бидејќи оваа единица е мала, попогодно е да се користат 1 kPa = 1000 Pa и 1 MPa = 10 6 Pa.
Притисокот се мери со помош на манометри, барометри и вакуумски мерачи.
Течни и пружински мерачи на притисок го мерат манометарскиот притисок, што е разликата помеѓу вкупниот или апсолутниот притисок Ризмерен среден и атмосферски притисок
стрбанкомат, т.е.
Инструментите за мерење на притисокот под атмосферскиот се нарекуваат вакуумметри; нивните читања ја даваат вредноста на вакуумот (или вакуумот):
т.е вишок атмосферски притисок над апсолутниот притисок.
Треба да се напомене дека параметарот на состојбата е апсолутен притисок. Тоа е она што е вклучено во термодинамичките равенки.
Температурасе нарекува физичка величина, карактеризирајќи го степенот на загревање на телото.Концептот на температура произлегува од следната изјава: ако два системи се во термички контакт, тогаш ако нивните температури се нееднакви, тие ќе разменуваат топлина меѓу себе, но ако нивните температури се еднакви, тогаш нема да има размена на топлина.
Од гледна точка на молекуларните кинетички концепти, температурата е мерка за интензитетот на топлинското движење на молекулите. Неговата нумеричка вредност е поврзана со просечната кинетичка енергија на молекулите на супстанцијата:
Каде к- Болцманова константа еднаква на 1,380662,10? 23 Ј/К. Вака дефинираната температура Т се нарекува апсолутна.
Единицата за температура на SI е келвин (К); во пракса, степени Целзиусови (°C) се широко користени. Односот помеѓу апсолутна Ти степени Јастемпературите имаат форма
Во индустриски и лабораториски услови, температурата се мери со помош на течни термометри, пирометри, термопарови и други инструменти.
Специфичен волумен v— е волуменот по единица маса на супстанцијата.Ако хомогено тело со маса Мзафаќа волумен v,тогаш по дефиниција
v= V/M.
Во системот SI, единицата за специфичен волумен е 1 m 3 / kg. Постои очигледна врска помеѓу специфичниот волумен на супстанцијата и нејзината густина:
За да се споредат количините што ги карактеризираат системите во идентични состојби, се воведува концептот на „нормални физички услови“:
стр= 760 mmHg = 101,325 kPa; Т= 273,15 К.
Различни гранки на технологијата и различни земји воведуваат свои „нормални услови“, малку различни од оние дадени, на пример, „технички“ ( стр= 735,6 mm Hg. = 98 kPa, т= 15?C) или нормални услови за проценка на перформансите на компресорот ( стр= 101,325 kPa, т= 20? C), итн.
Ако сите термодинамички параметри се константни во времето и исти во сите точки на системот, тогаш оваа состојба на системот се нарекуваекви-пролет.
Ако има разлики во температурата, притисокот и другите параметри помеѓу различни точки во системот, тогаш тоа енерамнотежа. Во таков систем, под влијание на градиентите на параметарот, се јавуваат текови на топлина, супстанции и други, настојувајќи да го вратат во состојба на рамнотежа. Искуството го покажува тоа Изолираниот систем секогаш достигнува состојба на рамнотежа со текот на времето и никогаш не може спонтано да ја напушти.Во класичната термодинамика се земаат предвид само системи за рамнотежа.
Равенка на состојбата.За рамнотежен термодинамички систем, постои функционална врска помеѓу параметрите на состојбата, која се нарекува равенка на состојбата. Искуството покажува дека специфичниот волумен, температура и притисок на наједноставните системи, кои се гасови, пареи или течности, се поврзани термичка равенкасостојба на гледање:
На равенката на состојбата може да и се даде друга форма:
Овие равенки покажуваат дека од трите главни параметри кои ја одредуваат состојбата на системот, кои било два се независни.
За да се решат проблемите користејќи термодинамички методи, апсолутно е неопходно да се знае равенката на состојбата. Сепак, не може да се добие во рамките на термодинамиката и мора да се најде или експериментално или со методи на статистичка физика. Специфичната форма на равенката на состојбата зависи од индивидуалните својства на супстанцијата.
Термодинамички систем- збир на макроскопски тела кои можат да комуницираат едни со други и со други тела (надворешната средина) - да разменуваат енергија и материја со нив. Размената на енергија и материја може да се случи и во самиот систем помеѓу неговите делови и помеѓу системот и надворешното опкружување. Во зависност од можните методи за изолирање на системот од надворешната средина, се разликуваат неколку видови термодинамички системи.
Отворен системнаречен термодинамички систем кој може да разменува материја и енергија со надворешната средина. Типични примери за такви системи се сите живи организми, како и течности, чија маса постојано се намалува поради испарување или вриење.
Термодинамички системповикани затворена, ако не може да размени ниту енергија ниту материја со надворешната средина. Затвореносистем ќе го наречеме термодинамички систем кој е механички изолиран, т.е. неспособен за размена на енергија со надворешната средина со извршување на работа. Пример за таков систем е гас затворен во сад со постојан волумен. Термодинамичкиот систем се нарекува адијабатски, ако не може да размени енергија со други системи преку размена на топлина.
Термодинамички параметри (состојни параметри)се физички големини кои служат за карактеризирање на состојбата на термодинамичкиот систем.
Примери за термодинамички параметри се притисок, волумен, температура, концентрација. Постојат два вида термодинамички параметри: обемнаИ интензивна. Првите се пропорционални на количината на супстанција во даден термодинамички систем, вторите не зависат од количината на супстанција во системот. Наједноставниот обемен параметар е волуменот Всистеми. Големина v, еднаков на односот на волуменот на системот до неговата маса, се нарекува специфичен волумен на системот. Наједноставните интензивни параметри се притисокот Ри температура Т.
Притисокот е физичка количина
Каде dFn- модул на нормална сила што делува на мала површина од површината на рамно тело
умерено dS.
Ако притисокот и специфичниот волумен имаат јасно и едноставно физичко значење, тогаш концептот на температура е многу покомплексен и помалку јасен. Најпрво да забележиме дека концептот на температура, строго кажано, има смисла само за рамнотежни состојби на системот.
Рамнотежна состојба на термодинамички систем– состојба на системот во која сите параметри имаат одредени вредности и во која системот може да остане онолку долго колку што сакате. Температурата во сите делови на термодинамичкиот систем во рамнотежна состојба е иста.
Кога топлината се разменува помеѓу две тела со различни температури, топлината се пренесува од телото со повисока температура до телото со пониска температура. Овој процес престанува кога ќе се изедначат температурите на двете тела.
Температурата на системот во рамнотежна состојба служи како мерка за интензитетот на топлинското движење на атомите, молекулите и другите честички кои го формираат системот. Во систем на честички опишан со законите на класичната статистичка физика и во состојба на рамнотежа, просечната кинетичка енергија на топлинското движење на честичките е директно пропорционална со термодинамичката температура на системот. Затоа, понекогаш се вели дека температурата го карактеризира степенот на загревање на телото.
При мерење на температурата, што може да се направи само индиректно, се користи зависноста од температурата на голем број физички својства на телото што може да се измерат директно или индиректно. На пример, кога температурата на телото се менува, се менуваат неговата должина и волумен, густината, еластичните својства, електричниот отпор итн. Промената на која било од овие својства е основа за мерење на температурата. За да се направи ова, неопходно е за едно (одбрано) тело, наречено термометриско тело, да се знае функционалната зависност на ова својство од температурата. За практично мерење на температурата, се користат температурни скали утврдени со термометриски тела. Во меѓународната скала за температура, температурата се изразува во степени Целзиусови (°C) [A. Целзиус (1701–1744) – шведски научник] и е назначен т, и се претпоставува дека при нормален притисок 1,01325 × 10 5 Pa, температурите на топење на мразот и вода што врие се еднакви на 0 и 100 °C, соодветно. На термодинамичката температурна скала, температурата се изразува во Келвин (К) [U. Томсон, Лорд Келвин (1821–1907) – англиски физичар], означено Ти се нарекува термодинамичка температура. Врска помеѓу термодинамичката температура Та температурата на цела скала има форма Т = т + 273,15.
Температура Т= 0 K (скала за степени целзиусови т= –273,15 °C) се нарекува апсолутна нулатемпература, или нула на термодинамичката температурна скала.
Параметрите на состојбата на системот се поделени на надворешни и внатрешни. Надворешни параметрисистеми се физички големини кои зависат од положбата во просторот и различните својства (на пример, електрични полнежи) на телата кои се надворешни за даден систем. На пример, за гас овој параметар е волумен Всад,
во кој се наоѓа гасот, бидејќи волуменот зависи од локацијата на надворешните тела - ѕидовите на садот. Атмосферскиот притисок е надворешен параметар за течност во отворен сад. Внатрешни параметрисистемите се физички големини кои зависат и од положбата на телата надвор од системот и од координатите и брзините на честичките што го формираат овој систем. На пример, внатрешните параметри на гасот се неговиот притисок и енергија, кои зависат од координатите и брзините на движечките молекули и од густината на гасот.
Под термодинамички процесда ја разбере секоја промена во состојбата на термодинамичкиот систем што се разгледува, што се карактеризира со промена на неговите термодинамички параметри. Термодинамичкиот процес се нарекува рамнотежа, ако во овој процес системот минува низ континуирана серија на бесконечно блиски термодинамички рамнотежни состојби. Реалните процеси на промена на состојбата на системот секогаш се случуваат со конечна брзина и затоа не можат да бидат рамнотежни. Очигледно е, сепак, дека реалниот процес на промена на состојбата на системот ќе биде поблиску до рамнотежата, толку побавно се случува, затоа таквите процеси се нарекуваат квази-статички.
Примери за наједноставните термодинамички процеси се следните процеси:
а) изотермичен процес во кој температурата на системот не се менува ( Т= const);
б) изохорен процес кој се јавува при константен волумен на системот ( В= const);
в) изобаричен процес кој се јавува при постојан притисок во системот ( стр= const);
г) адијабатски процес кој се случува без размена на топлина помеѓу системот и надворешната средина.