Muka surat 1
Sistem termodinamik, seperti sistem fizikal lain, mempunyai jumlah tenaga tertentu, yang biasanya dipanggil tenaga dalaman sistem.
Sistem termodinamik dipanggil terpencil jika ia tidak dapat menukar sama ada tenaga atau jirim dengan persekitaran luaran. Contoh sistem sedemikian ialah gas yang dimasukkan ke dalam bekas dengan isipadu tetap. Sistem termodinamik dipanggil adiabatik jika ia tidak dapat menukar tenaga dengan sistem lain melalui pertukaran haba.
Sistem termodinamik ialah satu set jasad yang, pada satu darjah atau yang lain, boleh menukar tenaga dan jirim antara diri mereka dan persekitaran.
Sistem termodinamik dibahagikan kepada tertutup, yang tidak menukar jirim dengan sistem lain, dan terbuka, yang menukar jirim dan tenaga dengan sistem lain. Dalam kes di mana sistem tidak menukar tenaga dan jirim dengan sistem lain, ia dipanggil terpencil, dan apabila tiada pertukaran haba, sistem itu dipanggil adiabatik.
Sistem termodinamik boleh terdiri daripada campuran bahan tulen. Campuran (larutan) dipanggil homogen apabila komposisi kimia dan sifat fizik mana-mana zarah kecil adalah sama atau berubah secara berterusan dari satu titik sistem ke yang lain. Ketumpatan, tekanan dan suhu campuran homogen adalah sama pada sebarang titik. Contoh sistem homogen ialah isipadu air tertentu, komposisi kimianya adalah sama, tetapi sifat fizikal berbeza dari satu titik ke titik yang lain.
Sistem termodinamik dengan nisbah kuantitatif komponen tertentu dipanggil sistem fizikokimia tunggal.
Sistem termodinamik (badan makroskopik), bersama-sama dengan tenaga mekanikal E, juga mempunyai tenaga dalaman U, yang bergantung pada suhu, isipadu, tekanan dan parameter termodinamik lain.
Sistem termodinamik dipanggil tidak terpencil, atau terbuka, jika ia boleh menerima atau mengeluarkan haba kepada persekitaran dan menghasilkan kerja, dan persekitaran luaran boleh melakukan kerja pada sistem. Sesuatu sistem diasingkan, atau tertutup, jika ia tidak menukar haba dengan persekitaran, dan perubahan tekanan di dalam sistem tidak menjejaskan alam sekitar dan yang terakhir tidak dapat melaksanakan kerja pada sistem.
Sistem termodinamik terdiri daripada bilangan zarah yang besar secara statistik.
Di bawah keadaan luaran tertentu, sistem termodinamik (atau sistem terpencil) datang kepada keadaan yang dicirikan oleh ketekalan parameternya dari semasa ke semasa dan ketiadaan aliran jirim dan haba dalam sistem. Keadaan sistem ini dipanggil keseimbangan atau keadaan keseimbangan. Sistem tidak boleh keluar dari keadaan ini secara spontan. Keadaan sistem di mana tidak ada keseimbangan dipanggil nonequilibrium. Proses peralihan sistem secara beransur-ansur daripada keadaan tidak seimbang yang disebabkan oleh pengaruh luar kepada keadaan keseimbangan dipanggil kelonggaran, dan tempoh masa untuk sistem kembali kepada keadaan keseimbangan dipanggil masa kelonggaran.
Dalam kes ini, sistem termodinamik melakukan kerja pengembangan dengan mengurangkan tenaga dalaman sistem.
Sistem termodinamik ialah objek kajian dalam termodinamik dan merupakan satu set jasad yang berinteraksi secara bertenaga antara satu sama lain dan persekitaran serta bertukar-tukar bahan dengannya.
Sistem termodinamik, dibiarkan sendiri dalam keadaan luaran yang berterusan, mencapai keadaan keseimbangan, dicirikan oleh ketekalan semua parameter dan ketiadaan pergerakan makroskopik. Keadaan sistem ini dipanggil keadaan keseimbangan termodinamik.
Sistem termodinamik dicirikan oleh bilangan pembolehubah bebas yang terhingga - kuantiti makroskopik yang dipanggil parameter termodinamik. Salah satu parameter makroskopik bebas sistem termodinamik, yang membezakannya daripada mekanikal, adalah suhu sebagai ukuran keamatan gerakan terma. Suhu badan boleh berubah disebabkan oleh pertukaran haba dengan persekitaran dan tindakan sumber haba dan akibat daripada proses ubah bentuk itu sendiri. Hubungan antara ubah bentuk dan suhu diwujudkan menggunakan termodinamik.
Sistem termodinamik ialah sebarang sistem fizikal yang terdiri daripada sebilangan besar zarah - atom dan molekul, yang mengalami gerakan terma yang tidak berkesudahan dan, berinteraksi antara satu sama lain, bertukar tenaga. Sistem termodinamik sedemikian, dan yang paling mudah pada itu, adalah gas, molekulnya melakukan gerakan translasi dan putaran rawak dan menukar tenaga kinetik semasa perlanggaran. Pepejal juga merupakan sistem termodinamik.
dan bahan cecair. Molekul pepejal mengalami getaran rawak di sekeliling kedudukan keseimbangannya; pertukaran tenaga antara molekul berlaku kerana interaksi berterusan mereka, akibatnya anjakan satu molekul dari kedudukan keseimbangannya serta-merta dicerminkan dalam lokasi dan kelajuan pergerakan molekul tengah. Oleh kerana tenaga purata pergerakan terma molekul, mengikut formula (1.7) dan (1.8), berkaitan dengan suhu, suhu ialah kuantiti fizik yang paling penting yang mencirikan pelbagai keadaan sistem termodinamik. Sebagai tambahan kepada suhu, keadaan sistem sedemikian juga ditentukan oleh isipadu yang diduduki dan tekanan luaran atau daya luaran yang bertindak ke atas sistem.
Sifat penting sistem termodinamik ialah kewujudan keadaan keseimbangan di mana ia boleh kekal untuk masa yang lama dengan sewenang-wenangnya. Jika beberapa pengaruh luar dikenakan pada sistem termodinamik yang berada dalam salah satu keadaan keseimbangan dan kemudian ia dihentikan, maka sistem secara spontan beralih kepada keadaan keseimbangan yang baru. Walau bagaimanapun, perlu ditekankan bahawa kecenderungan untuk beralih kepada keadaan keseimbangan sentiasa beroperasi secara berterusan, walaupun pada masa sistem terdedah kepada pengaruh luar. Kecenderungan ini, atau lebih tepat lagi, kewujudan berterusan proses yang membawa kepada pencapaian keadaan keseimbangan, adalah ciri terpenting sistem termodinamik.
Bagi gas yang tertutup dalam bekas tertentu, keseimbangan ialah keadaan di mana suhu, tekanan dan ketumpatan (atau bilangan molekul per unit isipadu) dalam isipadu gas adalah sama di mana-mana. Jika pemanasan atau pemampatan tempatan disebabkan di mana-mana tempat dalam jumlah ini, maka proses penyamaan suhu dan tekanan akan bermula dalam sistem; proses ini akan terus berlaku selagi terdapat pengaruh luar, tetapi hanya selepas pemberhentian pengaruh ini proses penyamaan akan membawa sistem kepada keadaan keseimbangan yang baru.
Keadaan sistem termodinamik terpencil, yang, walaupun tiada pengaruh luar, tidak berterusan untuk jangka masa yang terhad, dipanggil tidak seimbang. Sistem, pada mulanya dalam keadaan bukan keseimbangan, beralih kepada keadaan keseimbangan dari semasa ke semasa. Masa peralihan daripada keadaan bukan keseimbangan kepada keadaan keseimbangan dipanggil masa kelonggaran. Peralihan terbalik daripada keadaan keseimbangan kepada keadaan tidak seimbang boleh dilakukan dengan menggunakan pengaruh luar pada sistem. Khususnya, keadaan sistem dengan suhu yang berbeza di tempat yang berbeza adalah tiada keseimbangan; penyamaan suhu dalam gas, pepejal dan cecair ialah peralihan jasad ini kepada keadaan keseimbangan dengan suhu yang sama dalam isipadu jasad. Satu lagi contoh keadaan tidak seimbang boleh diberikan dengan mempertimbangkan sistem dua fasa yang terdiri daripada cecair dan wapnya. Jika terdapat wap tak tepu di atas permukaan cecair dalam bekas tertutup, maka keadaan sistem adalah tidak seimbang: bilangan molekul yang terlepas daripada cecair per unit masa adalah lebih besar daripada bilangan
molekul kembali daripada wap kepada cecair pada masa yang sama. Akibatnya, dari masa ke masa, bilangan molekul dalam keadaan wap meningkat (iaitu, ketumpatan wap meningkat) sehingga keadaan keseimbangan ditubuhkan dengan
Peralihan daripada keadaan tidak seimbang kepada keadaan keseimbangan dalam kebanyakan kes berlaku secara berterusan, dan kelajuan peralihan ini boleh diselaraskan dengan lancar menggunakan pengaruh luar yang sesuai, menjadikan proses kelonggaran sama ada sangat cepat atau sangat perlahan. Sebagai contoh, dengan mengacau mekanikal anda boleh meningkatkan dengan ketara kadar penyamaan suhu dalam cecair atau gas; Dengan menyejukkan cecair, anda boleh membuat proses penyebaran bahan terlarut di dalamnya sangat perlahan, dsb.
Bagi sesetengah sistem, terdapat keadaan yang dipanggil metastabil, di mana sistem ini boleh kekal untuk masa yang agak lama, tetapi sebaik sahaja pengaruh luaran yang bersifat tertentu dikenakan ke atas sistem, peralihan mendadak spontan kepada keadaan keseimbangan berlaku. Dalam kes ini, pengaruh luar hanya membuka kemungkinan peralihan kepada keadaan keseimbangan. Sebagai contoh, air tulen yang mencukupi boleh dipanaskan pada suhu beberapa darjah di atas takat didih dengan bekalan haba yang perlahan. Keadaan air ini adalah metastabil; jika anda menggoncang air sedemikian (atau menambah sebilangan kecil zarah habuk - pusat pembentukan buih wap), ia mendidih dengan meletup dan suhunya turun secara tiba-tiba ke takat didih. Oleh itu, keadaan metastabil dicirikan oleh fakta bahawa apabila dikeluarkan dari keadaan ini, sistem bukan sahaja tidak kembali kepadanya, tetapi, sebaliknya, semakin menjauhinya, melompat ke dalam keadaan keseimbangan yang sedia ada untuk sistem ini.
pengenalan. 2
Termodinamik. Konsep umum. 3
Konsep sistem termodinamik.. 4
Jenis sistem termodinamik.. 6
Proses termodinamik.. 7
Proses boleh balik dan tidak boleh balik.. 7
Tenaga dalaman sistem.. 10
Hukum sifar termodinamik.. 11
Undang-undang pertama termodinamik.. 12
Hukum kedua termodinamik.. 14
Hukum ketiga termodinamik... 16
Akibat. 17
Ketidakupayaan suhu sifar mutlak. 17
Kelakuan pekali termodinamik. 17
pengenalan
Kami sentiasa menghadapi bukan sahaja pergerakan mekanikal, tetapi juga fenomena haba yang dikaitkan dengan perubahan suhu badan atau peralihan bahan ke dalam keadaan pengagregatan yang berbeza - cecair, gas atau pepejal.
Proses terma adalah sangat penting untuk kewujudan kehidupan di Bumi, kerana protein mampu melakukan aktiviti penting hanya dalam julat suhu tertentu. Kehidupan di Bumi bergantung pada suhu persekitaran.
Orang ramai mencapai kemerdekaan relatif daripada alam sekitar selepas mereka belajar membuat api. Ini adalah salah satu penemuan terbesar fajar manusia.
Termodinamik ialah sains fenomena haba yang tidak mengambil kira struktur molekul jasad. Undang-undang termodinamik dan aplikasinya akan dibincangkan dalam esei ini.
Termodinamik. Konsep umum
Prinsip-prinsip termodinamik ialah satu set postulat yang mendasari termodinamik. Peruntukan ini diwujudkan hasil penyelidikan saintifik dan telah dibuktikan secara eksperimen. Ia diterima sebagai postulat supaya termodinamik boleh dibina secara aksiomatik.
Keperluan untuk prinsip termodinamik adalah disebabkan oleh fakta bahawa termodinamik menerangkan parameter makroskopik sistem tanpa andaian khusus mengenai struktur mikroskopiknya. Fizik statistik memperkatakan isu struktur dalaman.
Prinsip-prinsip termodinamik adalah bebas, iaitu, tiada satu pun daripadanya boleh diperoleh daripada prinsip lain.
Senarai prinsip termodinamik
· Undang-undang pertama termodinamik ialah undang-undang pemuliharaan tenaga seperti yang digunakan untuk sistem termodinamik.
· Undang-undang kedua termodinamik mengenakan sekatan ke atas arah proses termodinamik, melarang pemindahan haba secara spontan daripada jasad yang kurang panas kepada badan yang lebih panas. Juga dirumuskan sebagai hukum peningkatan entropi.
· Hukum ketiga termodinamik memberitahu bagaimana entropi berkelakuan menghampiri suhu sifar mutlak.
· Hukum sifar (atau umum) termodinamik kadangkala dipanggil prinsip yang mengikutnya sistem tertutup, tanpa mengira keadaan awal, akhirnya mencapai keadaan keseimbangan termodinamik dan tidak boleh meninggalkannya sendiri.
Konsep sistem termodinamik
Sistem termodinamik ialah sebarang sistem fizikal yang terdiri daripada sebilangan besar zarah-atom dan molekul yang mengalami gerakan terma yang tidak berkesudahan dan berinteraksi antara satu sama lain dan bertukar tenaga. Sistem termodinamik sedemikian, dan yang paling mudah pada itu, adalah gas, molekul-molekulnya mengalami pergerakan translasi dan putaran rawak dan bertukar tenaga kinetik semasa perlanggaran. Bahan pepejal dan cecair juga merupakan sistem termodinamik.
Molekul pepejal melakukan getaran rawak di sekeliling kedudukan keseimbangannya, pertukaran tenaga antara molekul berlaku kerana interaksi berterusan mereka, akibatnya anjakan satu molekul dari kedudukan keseimbangannya serta-merta dicerminkan dalam lokasi dan kelajuan pergerakan jiran. molekul. Oleh kerana tenaga purata pergerakan terma molekul berkaitan dengan suhu, suhu adalah kuantiti fizik yang paling penting yang mencirikan pelbagai keadaan sistem termodinamik. Sebagai tambahan kepada suhu, keadaan sistem sedemikian juga ditentukan oleh isipadu yang diduduki dan tekanan luaran atau daya luaran yang bertindak ke atas sistem.
Sifat penting sistem termodinamik ialah kewujudan keadaan keseimbangan di mana ia boleh kekal untuk sebarang tempoh masa. Jika beberapa pengaruh luar dikenakan pada sistem termodinamik yang berada dalam salah satu keadaan keseimbangan dan kemudian ia dihentikan, maka sistem secara spontan beralih kepada keadaan keseimbangan yang baru. Walau bagaimanapun, perlu ditekankan bahawa kecenderungan untuk beralih kepada keadaan keseimbangan adalah sentiasa dan berterusan aktif, walaupun di luar masa apabila sistem terdedah kepada pengaruh luar.
Kecenderungan ini, atau lebih tepat lagi, kewujudan berterusan proses yang membawa kepada pencapaian keadaan keseimbangan, adalah ciri terpenting sistem termodinamik.
Keadaan sistem termodinamik terpencil, yang, walaupun tiada pengaruh luar, tidak kekal dalam tempoh masa yang terhad, dipanggil tiada keseimbangan. Sistem, pada mulanya dalam keadaan bukan keseimbangan, beralih kepada keadaan keseimbangan dari semasa ke semasa. Masa peralihan daripada keadaan bukan keseimbangan kepada keadaan keseimbangan dipanggil masa kelonggaran. Peralihan terbalik daripada keadaan keseimbangan kepada keadaan tidak seimbang boleh dilakukan dengan menggunakan pengaruh luar pada sistem.
Khususnya, keadaan sistem dengan suhu yang berbeza di tempat yang berbeza adalah bukan keseimbangan t 0 dalam gas, pepejal dan cecair ialah peralihan jasad ini kepada keadaan keseimbangan dengan t 0 yang sama dalam isipadu isipadu; badan. Satu lagi contoh keadaan tidak seimbang boleh diberikan dengan mempertimbangkan sistem dua fasa yang terdiri daripada cecair dan wapnya. Jika terdapat wap tak tepu di atas permukaan cecair dalam bekas tertutup, maka keadaan sistem adalah tidak seimbang: bilangan molekul yang terlepas daripada cecair per unit masa adalah lebih besar daripada bilangan molekul yang kembali daripada wap kepada cecair. dalam masa yang sama. Akibatnya, dari masa ke masa, bilangan molekul dalam keadaan wap meningkat sehingga keadaan keseimbangan ditubuhkan.
Peralihan daripada keadaan keseimbangan kepada keadaan keseimbangan dalam kebanyakan kes berlaku secara berterusan, dan kelajuan peralihan ini boleh diselaraskan dengan lancar menggunakan pengaruh luar yang sesuai, menjadikan proses kelonggaran sama ada sangat cepat atau sangat perlahan. Sebagai contoh, dengan mengacau mekanikal anda boleh meningkatkan kadar penyamaan suhu dengan ketara dalam cecair atau gas dengan menyejukkan cecair, anda boleh membuat proses resapan bahan terlarut di dalamnya sangat perlahan.
pengenalan. Subjek kejuruteraan haba. Konsep dan definisi asas. Sistem termodinamik. Parameter keadaan. Suhu. Tekanan. Isipadu tertentu. Persamaan keadaan. Persamaan Van der Waals .
Nisbah antara unit:
1 bar = 10 5 Pa
1 kg/cm 2 (suasana) = 9.8067 10 4 Pa
1mmHg st (milimeter merkuri) = 133 Pa
1 mm air Seni. (milimeter lajur air) = 9.8067 Pa
Ketumpatan - nisbah jisim bahan kepada isipadu yang diduduki oleh bahan itu.
Isipadu tertentu - timbal balik ketumpatan, i.e. nisbah isipadu yang diduduki oleh sesuatu bahan kepada jisimnya.
Definisi: Jika dalam sistem termodinamik sekurang-kurangnya satu daripada parameter mana-mana badan yang termasuk dalam sistem berubah, maka sistem mengalami proses termodinamik .
Parameter termodinamik asas negeri P, V, T jasad homogen bergantung antara satu sama lain dan saling berkaitan dengan persamaan keadaan:
F (P, V, T)
Untuk gas ideal, persamaan keadaan ditulis sebagai:
P- tekanan
v- isipadu tertentu
T- suhu
R- pemalar gas (setiap gas mempunyai nilai tersendiri)
Jika persamaan keadaan diketahui, maka untuk menentukan keadaan sistem termudah adalah cukup untuk mengetahui dua pembolehubah bebas daripada 3
P = f1 (v, t); v = f2 (P, T); T = f3(v, P).
Proses termodinamik sering digambarkan pada graf keadaan, di mana parameter keadaan diplot di sepanjang paksi. Titik pada satah graf sedemikian sepadan dengan keadaan sistem tertentu, garis pada graf sepadan dengan proses termodinamik yang memindahkan sistem dari satu keadaan ke keadaan lain.
Mari kita pertimbangkan sistem termodinamik yang terdiri daripada satu badan beberapa gas di dalam kapal dengan omboh, dan kapal dan omboh dalam kes ini adalah persekitaran luaran.
Biarkan, sebagai contoh, gas dipanaskan di dalam bekas, dua kes mungkin:
1) Jika omboh tetap dan isipadu tidak berubah, maka tekanan dalam vesel akan meningkat. Proses ini dipanggil isokorik(v = const), berjalan pada isipadu malar;
nasi. 1.1. Proses Isokhorik dalam P-T koordinat: v 1 >v 2 >v 3
2) Jika omboh bebas, maka gas yang dipanaskan akan mengembang pada tekanan malar, proses ini dipanggil isobarik (P= const), berjalan pada tekanan malar.
nasi. 1.2 Proses isobarik dalam v - T koordinat: P 1 >P 2 >P 3
Jika, dengan menggerakkan omboh, anda menukar isipadu gas di dalam kapal, maka suhu gas juga akan berubah, bagaimanapun, dengan menyejukkan kapal semasa pemampatan gas dan pemanasan semasa pengembangan, anda boleh mencapai bahawa suhu akan tetap dengan perubahan isipadu dan tekanan, proses ini dipanggil isoterma (T= const).
nasi. 1.3 Proses isoterma dalam P-v koordinat: T 1 >T 2 >T 3
Satu proses di mana tiada pertukaran haba antara sistem dan persekitaran dipanggil adiabatik, manakala jumlah haba dalam sistem kekal malar ( Q= const). Dalam kehidupan sebenar, proses adiabatik tidak wujud kerana tidak mungkin untuk mengasingkan sistem sepenuhnya daripada persekitaran. Walau bagaimanapun, proses sering berlaku di mana pertukaran haba dengan persekitaran adalah sangat kecil, sebagai contoh, mampatan pantas gas di dalam kapal oleh omboh, apabila haba tidak mempunyai masa untuk dikeluarkan kerana pemanasan omboh dan kapal.
nasi. 1.4 Graf anggaran proses adiabatik dalam P-v koordinat.
Definisi: Proses pekeliling (Kitaran) - ialah satu set proses yang mengembalikan sistem kepada keadaan asalnya. Boleh terdapat sebarang bilangan proses berasingan dalam satu gelung.
Konsep proses bulat adalah kunci bagi kami dalam termodinamik, kerana operasi loji kuasa nuklear adalah berdasarkan kitaran wap-air, dengan kata lain, kita boleh mempertimbangkan penyejatan air dalam teras, putaran pemutar turbin. melalui wap, pemeluwapan wap dan aliran air ke dalam teras sebagai sejenis proses atau kitaran termodinamik tertutup.
Definisi: Badan kerja - sejumlah bahan yang, mengambil bahagian dalam kitaran termodinamik, melakukan kerja yang berguna. Bendalir kerja di loji reaktor RBMK adalah air, yang, selepas menguap dalam teras dalam bentuk stim, berfungsi dalam turbin, memutar pemutar.
Definisi: Pemindahan tenaga dalam proses termodinamik dari satu jasad ke jasad yang lain, dikaitkan dengan perubahan isipadu bendalir kerja, dengan pergerakannya di ruang luar atau dengan perubahan kedudukannya dipanggil. kerja proses .
Sistem termodinamik
Termodinamik teknikal (t/d) mengkaji corak penukaran haba bersama kepada kerja. Ia mewujudkan hubungan antara proses terma, mekanikal dan kimia yang berlaku dalam mesin haba dan penyejukan, mengkaji proses yang berlaku dalam gas dan wap, serta sifat badan ini dalam pelbagai keadaan fizikal.
Termodinamik adalah berdasarkan dua hukum asas (prinsip) termodinamik:
Undang-undang pertama termodinamik- undang-undang transformasi dan pemuliharaan tenaga;
II hukum termodinamik- menetapkan syarat untuk kejadian dan arah proses makroskopik dalam sistem yang terdiri daripada sejumlah besar zarah.
Teknologi teknikal, menggunakan undang-undang asas kepada proses menukar haba kepada kerja mekanikal dan sebaliknya, memungkinkan untuk membangunkan teori enjin haba, mengkaji proses yang berlaku di dalamnya, dsb.
Objek kajian ialah sistem termodinamik, yang boleh menjadi kumpulan badan, badan atau sebahagian daripada badan. Apa yang berada di luar sistem dipanggil persekitaran. Sistem T/D ialah himpunan badan makroskopik yang bertukar tenaga antara satu sama lain dan persekitaran. Contohnya: sistem t/d ialah gas yang terletak di dalam silinder dengan omboh, dan persekitarannya ialah silinder, omboh, udara dan dinding bilik.
Sistem terpencil - sistem t/d tidak berinteraksi dengan persekitaran.
Sistem adiabatik (tertebat haba). - sistem mempunyai cangkang adiabatik, yang tidak termasuk pertukaran haba (pertukaran haba) dengan persekitaran.
Sistem homogen - sistem yang mempunyai komposisi dan sifat fizikal yang sama di semua bahagiannya.
Sistem homogen - sistem homogen dalam komposisi dan struktur fizikal, di dalamnya tidak ada antara muka (ais, air, gas).
Sistem heterogen
- sistem yang terdiri daripada beberapa bahagian homogen (fasa) dengan sifat fizikal yang berbeza, dipisahkan antara satu sama lain oleh antara muka yang boleh dilihat (ais dan air, air dan wap).
Dalam enjin haba (enjin), kerja mekanikal dilakukan dengan bantuan cecair kerja - gas, stim.
Sifat setiap sistem dicirikan oleh beberapa kuantiti, yang biasanya dipanggil parameter termodinamik. Mari kita pertimbangkan sebahagian daripada mereka, menggunakan konsep kinetik molekul yang diketahui dari kursus fizik tentang gas ideal sebagai koleksi molekul yang mempunyai saiz yang sangat kecil, berada dalam gerakan terma rawak dan berinteraksi antara satu sama lain hanya semasa perlanggaran.
Tekanan disebabkan oleh interaksi molekul bendalir kerja dengan permukaan dan secara berangka sama dengan daya yang bertindak per unit luas permukaan badan normal kepada yang terakhir. Selaras dengan teori kinetik molekul, tekanan gas ditentukan oleh hubungan
di mana n— bilangan molekul per unit isipadu;
T- jisim molekul; dari 2- punca purata kelajuan kuasa dua bagi gerakan translasi molekul.
Dalam Sistem Unit Antarabangsa (SI), tekanan dinyatakan dalam pascal (1 Pa = 1 N/m2). Memandangkan unit ini kecil, ia adalah lebih mudah untuk menggunakan 1 kPa = 1000 Pa dan 1 MPa = 10 6 Pa.
Tekanan diukur menggunakan tolok tekanan, barometer dan tolok vakum.
Tolok tekanan cecair dan spring mengukur tekanan tolok, iaitu perbezaan antara tekanan total atau mutlak R diukur tekanan sederhana dan atmosfera
hlm atm, iaitu
Alat untuk mengukur tekanan di bawah atmosfera dipanggil meter vakum; bacaan mereka memberikan nilai vakum (atau vakum):
iaitu tekanan atmosfera berlebihan terhadap tekanan mutlak.
Perlu diingatkan bahawa parameter keadaan adalah tekanan mutlak. Inilah yang termasuk dalam persamaan termodinamik.
Suhudipanggil kuantiti fizik, mencirikan tahap pemanasan badan. Konsep suhu mengikuti daripada pernyataan berikut: jika dua sistem berada dalam hubungan haba, maka jika suhu mereka tidak sama, mereka akan bertukar haba antara satu sama lain, tetapi jika suhu mereka sama, maka tidak akan ada pertukaran haba.
Dari sudut pandangan konsep kinetik molekul, suhu ialah ukuran keamatan gerakan terma molekul. Nilai berangkanya berkaitan dengan tenaga kinetik purata molekul bahan:
di mana k- Pemalar Boltzmann bersamaan dengan 1.380662.10? 23 J/K. Suhu T yang ditakrifkan dengan cara ini dipanggil mutlak.
Unit SI bagi suhu ialah kelvin (K); dalam amalan, darjah Celsius (°C) digunakan secara meluas. Hubungan antara mutlak T dan centigrade saya suhu mempunyai bentuk
Dalam keadaan industri dan makmal, suhu diukur menggunakan termometer cecair, pyrometer, termokopel dan instrumen lain.
Isipadu tertentu v— ialah isipadu per unit jisim sesuatu bahan. Jika badan jisim homogen M mengambil kelantangan v, kemudian mengikut takrifan
v= V/M.
Dalam sistem SI, unit isipadu tentu ialah 1 m 3 /kg. Terdapat hubungan yang jelas antara isipadu khusus bahan dan ketumpatannya:
Untuk membandingkan kuantiti yang mencirikan sistem dalam keadaan yang sama, konsep "keadaan fizikal biasa" diperkenalkan:
hlm= 760 mmHg = 101.325 kPa; T= 273,15 K.
Cabang teknologi yang berbeza dan negara yang berbeza memperkenalkan "keadaan normal" mereka sendiri, agak berbeza daripada yang diberikan, contohnya, "teknikal" ( hlm= 735.6 mm Hg. = 98 kPa, t= 15?C) atau keadaan biasa untuk menilai prestasi pemampat ( hlm= 101.325 kPa, t= 20? C), dsb.
Jika semua parameter termodinamik adalah malar dalam masa dan sama di semua titik sistem, maka keadaan sistem sedemikian dipanggil equi-spring.
Jika terdapat perbezaan suhu, tekanan dan parameter lain antara titik yang berbeza dalam sistem, maka ia adalah tiada keseimbangan. Dalam sistem sedemikian, di bawah pengaruh kecerunan parameter, aliran haba, bahan dan lain-lain timbul, berusaha untuk mengembalikannya kepada keadaan keseimbangan. Pengalaman menunjukkan bahawa Sistem terpencil sentiasa mencapai keadaan keseimbangan dari semasa ke semasa dan tidak boleh meninggalkannya secara spontan. Dalam termodinamik klasik, hanya sistem keseimbangan yang dipertimbangkan.
Persamaan keadaan. Untuk sistem termodinamik keseimbangan, terdapat hubungan fungsi antara parameter keadaan, yang dipanggil persamaan keadaan. Pengalaman menunjukkan bahawa isipadu khusus, suhu dan tekanan sistem termudah, iaitu gas, wap atau cecair, adalah berkaitan persamaan haba keadaan pandangan:
Persamaan keadaan boleh diberikan bentuk lain:
Persamaan ini menunjukkan bahawa daripada tiga parameter utama yang menentukan keadaan sistem, mana-mana dua adalah bebas.
Untuk menyelesaikan masalah menggunakan kaedah termodinamik, adalah perlu untuk mengetahui persamaan keadaan. Walau bagaimanapun, ia tidak boleh diperolehi dalam rangka kerja termodinamik dan mesti ditemui sama ada secara eksperimen atau kaedah fizik statistik. Bentuk khusus persamaan keadaan bergantung pada sifat individu bahan.
Sistem termodinamik- satu set badan makroskopik yang boleh berinteraksi antara satu sama lain dan dengan badan lain (persekitaran luaran) - bertukar tenaga dan jirim dengannya. Pertukaran tenaga dan jirim boleh berlaku di dalam sistem itu sendiri antara bahagian-bahagiannya, dan antara sistem dan persekitaran luaran. Bergantung pada kaedah yang mungkin untuk mengasingkan sistem dari persekitaran luaran, beberapa jenis sistem termodinamik dibezakan.
Sistem terbuka dipanggil sistem termodinamik yang boleh menukar jirim dan tenaga dengan persekitaran luar. Contoh biasa sistem sedemikian adalah semua organisma hidup, serta cecair, yang jisimnya terus berkurangan disebabkan oleh penyejatan atau pendidihan.
Sistem termodinamik dipanggil tertutup, jika ia tidak boleh menukar sama ada tenaga atau jirim dengan persekitaran luaran. tertutup kita akan memanggil sistem sebagai sistem termodinamik yang diasingkan secara mekanikal, i.e. tidak berupaya menukar tenaga dengan persekitaran luaran dengan melakukan kerja. Contoh sistem sedemikian ialah gas yang dimasukkan ke dalam bekas dengan isipadu tetap. Sistem termodinamik dipanggil adiabatik, jika ia tidak dapat menukar tenaga dengan sistem lain melalui pertukaran haba.
Parameter termodinamik (parameter keadaan) adalah kuantiti fizik yang berfungsi untuk mencirikan keadaan sistem termodinamik.
Contoh parameter termodinamik ialah tekanan, isipadu, suhu, kepekatan. Terdapat dua jenis parameter termodinamik: meluas Dan intensif. Yang pertama adalah berkadar dengan jumlah bahan dalam sistem termodinamik tertentu, yang kedua tidak bergantung pada jumlah bahan dalam sistem. Parameter meluas yang paling mudah ialah volum V sistem. Saiz v, sama dengan nisbah isipadu sistem kepada jisimnya, dipanggil isipadu khusus sistem. Parameter intensif yang paling mudah ialah tekanan R dan suhu T.
Tekanan adalah kuantiti fizikal
di mana dFn– modulus daya normal yang bertindak pada kawasan kecil permukaan badan rata
berjimat cermat dS.
Jika tekanan dan isipadu tertentu mempunyai makna fizikal yang jelas dan mudah, maka konsep suhu adalah lebih kompleks dan kurang jelas. Mari kita perhatikan pertama sekali bahawa konsep suhu, secara tegasnya, masuk akal hanya untuk keadaan keseimbangan sistem.
Keadaan keseimbangan sistem termodinamik– keadaan sistem di mana semua parameter mempunyai nilai tertentu dan di mana sistem boleh kekal selama yang dikehendaki. Suhu dalam semua bahagian sistem termodinamik dalam keadaan keseimbangan adalah sama.
Apabila haba bertukar antara dua jasad dengan suhu yang berbeza, haba dipindahkan dari badan dengan suhu yang lebih tinggi ke badan dengan suhu yang lebih rendah. Proses ini berhenti apabila suhu kedua-dua badan disamakan.
Suhu sistem dalam keadaan keseimbangan berfungsi sebagai ukuran keamatan gerakan terma atom, molekul dan zarah lain yang membentuk sistem. Dalam sistem zarah yang diterangkan oleh undang-undang fizik statistik klasik dan dalam keadaan keseimbangan, tenaga kinetik purata pergerakan haba zarah adalah berkadar terus dengan suhu termodinamik sistem. Oleh itu, kadang-kadang dikatakan bahawa suhu mencirikan tahap pemanasan badan.
Apabila mengukur suhu, yang hanya boleh dilakukan secara tidak langsung, pergantungan kepada suhu beberapa sifat fizikal badan yang boleh diukur secara langsung atau tidak langsung digunakan. Contohnya, apabila suhu badan berubah, panjang dan isipadu, ketumpatan, sifat keanjalan, rintangan elektrik, dsb. Menukar mana-mana sifat ini adalah asas untuk pengukuran suhu. Untuk melakukan ini, adalah perlu untuk satu badan (terpilih), yang dipanggil badan termometrik, pergantungan fungsi sifat ini pada suhu diketahui. Untuk pengukuran suhu praktikal, skala suhu yang ditubuhkan menggunakan badan termometrik digunakan. Dalam Skala Suhu Centigrade Antarabangsa, suhu dinyatakan dalam darjah Celsius (°C) [A. Celsius (1701–1744) – saintis Sweden] dan ditetapkan t, dan diandaikan bahawa pada tekanan normal 1.01325 × 10 5 Pa suhu lebur ais dan air mendidih adalah sama dengan 0 dan 100 °C, masing-masing. Pada skala suhu termodinamik, suhu dinyatakan dalam Kelvin (K) [U. Thomson, Lord Kelvin (1821–1907) - ahli fizik Inggeris], dilambangkan T dan dipanggil suhu termodinamik. Hubungan antara suhu termodinamik T dan suhu pada skala centigrade mempunyai bentuk T = t + 273,15.
Suhu T= 0 K (skala centigrade t= –273.15 °C) dipanggil sifar mutlak suhu, atau sifar pada skala suhu termodinamik.
Parameter keadaan sistem dibahagikan kepada luaran dan dalaman. Parameter luaran sistem ialah kuantiti fizik yang bergantung kepada kedudukan dalam ruang dan pelbagai sifat (contohnya, cas elektrik) jasad yang berada di luar sistem yang diberikan. Sebagai contoh, untuk gas parameter ini ialah isipadu V kapal,
di mana gas terletak, kerana isipadu bergantung pada lokasi badan luar - dinding kapal. Tekanan atmosfera ialah parameter luaran bagi cecair dalam bekas terbuka. Parameter dalaman sistem ialah kuantiti fizik yang bergantung pada kedua-dua kedudukan jasad di luar sistem dan pada koordinat dan halaju zarah yang membentuk sistem ini. Sebagai contoh, parameter dalaman gas ialah tekanan dan tenaganya, yang bergantung pada koordinat dan halaju molekul yang bergerak dan pada ketumpatan gas.
Di bawah proses termodinamik memahami sebarang perubahan dalam keadaan sistem termodinamik yang sedang dipertimbangkan, dicirikan oleh perubahan dalam parameter termodinamiknya. Proses termodinamik dipanggil keseimbangan, jika dalam proses ini sistem melalui siri berterusan keadaan keseimbangan termodinamik rapat tak terhingga. Proses sebenar perubahan dalam keadaan sistem sentiasa berlaku pada kelajuan terhingga dan oleh itu tidak boleh menjadi keseimbangan. Adalah jelas, bagaimanapun, bahawa proses sebenar mengubah keadaan sistem akan lebih dekat kepada keseimbangan, semakin perlahan ia berlaku, oleh itu proses sedemikian dipanggil semu statik.
Contoh proses termodinamik yang paling mudah ialah proses berikut:
a) proses isoterma di mana suhu sistem tidak berubah ( T= const);
b) proses isochorik yang berlaku pada isipadu tetap sistem ( V= const);
c) proses isobarik yang berlaku pada tekanan malar dalam sistem ( hlm= const);
d) proses adiabatik yang berlaku tanpa pertukaran haba antara sistem dan persekitaran luaran.