Ensaiklopidia kubwa ya mafuta na gesi. Mifumo ya Thermodynamic

Hebu fikiria vipengele vya mifumo ya thermodynamic. Kwa kawaida hueleweka kama maumbo ya kimakroskopu yanayojumuisha idadi kubwa ya chembe, ambayo haimaanishi matumizi ya kila chembe kuelezea sifa kuu.

Hakuna vikwazo juu ya asili ya chembe za nyenzo ambazo ni vipengele vya kawaida vya mifumo hiyo. Wanaweza kuwasilishwa kwa namna ya molekuli, atomi, ions, elektroni, photons.

Upekee

Hebu tuchambue sifa tofauti za mifumo ya thermodynamic. Mfano ni kitu chochote kinachoweza kuangaliwa bila kutumia darubini au darubini. Ili kutoa maelezo kamili ya mfumo kama huo, maelezo macroscopic huchaguliwa, shukrani ambayo inawezekana kuamua kiasi, shinikizo, joto, polarization ya umeme, induction ya sumaku, muundo wa kemikali, na wingi wa vipengele.

Kwa mifumo yoyote ya thermodynamic, kuna mipaka ya masharti au halisi ambayo inawatenganisha na mazingira. Badala yake, dhana ya thermostat hutumiwa mara nyingi, inayojulikana na uwezo mkubwa wa joto kwamba katika kesi ya kubadilishana joto na mfumo wa kuchambuliwa, kiashiria cha joto kinabakia bila kubadilika.

Uainishaji wa mfumo

Hebu fikiria uainishaji wa mifumo ya thermodynamic ni nini. Kulingana na asili ya mwingiliano wake na mazingira, ni kawaida kutofautisha:

spishi zilizotengwa ambazo hazibadilishana mada au nishati na mazingira ya nje;
kutengwa kwa adiabatically, si kubadilishana jambo na mazingira ya nje, lakini kuingia katika kubadilishana kazi au nishati;
Katika mifumo iliyofungwa ya thermodynamic hakuna kubadilishana kwa suala, mabadiliko tu katika thamani ya nishati yanaruhusiwa;
mifumo ya wazi ina sifa ya uhamisho kamili wa nishati na suala;
zilizofunguliwa kwa kiasi zinaweza kuwa na sehemu zinazoweza kupenyeza nusu, kwa hivyo hazishiriki kikamilifu katika kubadilishana nyenzo.

Kulingana na maelezo, vigezo vya mfumo wa thermodynamic vinaweza kugawanywa katika chaguzi ngumu na rahisi.

Vipengele vya mifumo rahisi

Mifumo rahisi huitwa hali za usawa, hali ya kimwili ambayo inaweza kuamua na kiasi maalum, joto na shinikizo. Mifano ya mifumo ya thermodynamic ya aina hii ni miili ya isotropiki ambayo ina sifa sawa katika mwelekeo tofauti na pointi. Kwa hivyo, vimiminiko, vitu vya gesi, vitu vikali vilivyo katika hali ya usawa wa thermodynamic haviko wazi kwa nguvu za sumakuumeme na mvuto, mvutano wa uso, na mabadiliko ya kemikali. Uchambuzi wa miili rahisi inatambuliwa katika thermodynamics kama muhimu na muhimu kutoka kwa mtazamo wa vitendo na wa kinadharia.

Nishati ya ndani ya mfumo wa thermodynamic wa aina hii imeunganishwa na ulimwengu unaozunguka. Wakati wa kuelezea, idadi ya chembe na wingi wa dutu ya kila sehemu ya mtu binafsi hutumiwa.

Mifumo tata

Mifumo tata ya thermodynamic inajumuisha mifumo ya thermodynamic ambayo haingii chini ya aina rahisi. Kwa mfano, ni sumaku, dielectri, miili imara ya elastic, superconductors, interfaces awamu, mionzi ya joto, na mifumo ya electrochemical. Kama vigezo vinavyotumiwa kuvielezea, tunaona unyumbufu wa chemchemi au fimbo, kiolesura cha awamu, na mionzi ya joto.

Mfumo wa kimwili ni seti ambayo hakuna mwingiliano wa kemikali kati ya vitu ndani ya mipaka ya joto na shinikizo iliyochaguliwa kwa ajili ya utafiti. Na mifumo ya kemikali ni chaguzi hizo zinazohusisha mwingiliano kati ya vipengele vyake vya kibinafsi.

Nishati ya ndani ya mfumo wa thermodynamic inategemea kutengwa kwake na ulimwengu wa nje. Kwa mfano, kama lahaja ya ganda la adiabatic, mtu anaweza kufikiria chupa ya Dewar. Tabia ya homogeneous inaonyeshwa katika mfumo ambao vipengele vyote vina mali sawa. Mifano yao ni suluhisho la gesi, dhabiti na kioevu. Mfano wa kawaida wa awamu ya homogeneous ya gesi ni angahewa ya Dunia.

Vipengele vya thermodynamics

Sehemu hii ya sayansi inahusika na utafiti wa mifumo ya kimsingi ya michakato inayohusishwa na kutolewa na kunyonya kwa nishati. Thermodynamics ya kemikali inahusisha utafiti wa mabadiliko ya pande zote za sehemu za mfumo, uanzishwaji wa mifumo ya mpito ya aina moja ya nishati hadi nyingine chini ya hali fulani (shinikizo, joto, kiasi).

Mfumo ambao ni kitu cha utafiti wa thermodynamic unaweza kuwakilishwa kwa namna ya kitu chochote cha asili, ikiwa ni pamoja na idadi kubwa ya molekuli ambazo zinatenganishwa na interface na vitu vingine vya kweli. Hali ya mfumo inaeleweka kama jumla ya mali zake, ambayo inafanya uwezekano wa kuamua kutoka kwa mtazamo wa thermodynamics.

Hitimisho

Katika mfumo wowote, mpito kutoka kwa aina moja ya nishati hadi nyingine huzingatiwa, na usawa wa thermodynamic huanzishwa. Sehemu ya fizikia inayohusika na uchunguzi wa kina wa mabadiliko, mabadiliko na uhifadhi wa nishati ni muhimu sana. Kwa mfano, katika kinetics ya kemikali inawezekana si tu kuelezea hali ya mfumo, lakini pia kuhesabu hali zinazochangia uhamisho wake katika mwelekeo unaotaka.

Sheria ya Hess, ambayo inahusiana na enthalpy na entropy ya mabadiliko yanayozingatiwa, inafanya uwezekano wa kutambua uwezekano wa mmenyuko wa hiari unaotokea na kuhesabu kiasi cha joto kilichotolewa (kufyonzwa) na mfumo wa thermodynamic.

Thermochemistry, kulingana na misingi ya thermodynamics, ni ya umuhimu wa vitendo. Shukrani kwa sehemu hii ya kemia, mahesabu ya awali ya ufanisi wa mafuta na uwezekano wa kuanzisha teknolojia fulani katika uzalishaji halisi hufanyika katika uzalishaji. Taarifa zilizopatikana kutoka kwa thermodynamics hufanya iwezekanavyo kutumia matukio ya elasticity, thermoelectricity, viscosity, na magnetization kwa ajili ya uzalishaji wa viwanda wa vifaa mbalimbali.

MFUMO WA THERMODYNAMIC

Seti ya macroscopic miili ambayo inaweza kuingiliana na kila mmoja na kwa miili mingine (mazingira ya nje) - kubadilishana nishati na vitu pamoja nao. T.s. lina idadi kubwa ya chembe za miundo (atomi, molekuli) kwamba hali yake inaweza kuwa na sifa ya macroscopically. vigezo: wiani, shinikizo, mkusanyiko wa vitu vinavyounda T.s., nk.

THERMODYNAMIC EQUILIBRIUM), ikiwa vigezo vya mfumo havibadilika kwa muda na hakuna dutu katika mfumo. mtiririko wa stationary (joto, maji, nk). Kwa usawa T.s. dhana ya joto huletwa kama parameta ambayo ina thamani sawa kwa vitu vyote vya macroscopic. sehemu za mfumo. Idadi ya vigezo huru vya serikali ni sawa na idadi ya digrii za uhuru wa T.S.; vigezo vilivyobaki vinaweza kuonyeshwa kwa suala la vigezo huru kwa kutumia equation ya serikali. Watakatifu wa usawa T.s. soma michakato ya usawa (thermostatics); takatifu ya mifumo isiyo na usawa - .

Thermodynamics inazingatia: mifumo ya joto iliyofungwa ambayo haibadilishana vitu na mifumo mingine, lakini kubadilishana vitu na nishati na mifumo mingine; mifumo ya adiabatic T., ambayo haipo na mifumo mingine; mifumo iliyotengwa ambayo haibadilishi nishati au vitu na mifumo mingine. Ikiwa mfumo haujatengwa, basi hali yake inaweza kubadilika; mabadiliko katika hali ya T. s. kuitwa mchakato wa thermodynamic. T.s. inaweza kuwa kimwili homogeneous (mfumo homogeneous) na heterogeneous (mfumo tofauti), yenye kadhaa. sehemu za homogeneous na tofauti za kimwili Mtakatifu wewe. Kama matokeo ya awamu na kemikali mabadiliko (tazama PHASE TRANSITION) yenye homogeneous T. s. inaweza kuwa tofauti na kinyume chake.

Kamusi ya encyclopedic ya kimwili. - M.: Encyclopedia ya Soviet. . 1983 .

MFUMO WA THERMODYNAMIC

Seti ya macroscopic miili ambayo inaweza kuingiliana na kila mmoja na kwa miili mingine (mazingira ya nje) - kubadilishana nishati na jambo nao. T.s. lina idadi kubwa ya chembe za miundo (atomi, molekuli) kwamba hali yake inaweza kuwa na sifa ya macroscopically. vigezo: wiani, shinikizo, mkusanyiko wa vitu vinavyotengeneza vitu vikali, nk.

T.s. iko katika usawa (cf. usawa wa Thermodynamic), ikiwa vigezo vya mfumo havibadilika kwa muda na hakuna nyenzo katika mfumo. mtiririko wa stationary (joto, jambo, nk). Kwa usawa T.s. dhana ni kuletwa joto Vipi kigezo cha serikali, kuwa na maana sawa kwa macroscopic zote. sehemu za mfumo. Idadi ya vigezo vya hali huru ni sawa na nambari digrii za uhuru T.S., vigezo vilivyobaki vinaweza kuonyeshwa kwa namna ya kujitegemea kutumia milinganyo ya serikali. Mali ya usawa T.s. masomo thermodynamics michakato ya usawa (thermostatics), mali ya mifumo isiyo ya usawa - thermodynamics ya michakato isiyo na usawa.

Thermodynamics inazingatia: mifumo iliyofungwa ya thermodynamic ambayo haibadilishana jambo na mifumo mingine; mifumo wazi, kubadilishana vitu na nishati na mifumo mingine; a d i a b a t n e T.s., ambayo hakuna kubadilishana joto na mifumo mingine; pekee T. mfumo homogeneous) na tofauti ( mfumo tofauti), inayojumuisha sehemu kadhaa za homogeneous na mali tofauti za kimwili. mali. Kama matokeo ya awamu na kemikali mabadiliko (tazama Awamu ya mpito) homogeneous T. s. inaweza kuwa tofauti na kinyume chake.

Lit.: Epshtein P.S., Kozi ya Thermodynamics, trans. kutoka kwa Kiingereza, M.-L., 1948; Leontovich M.A., Utangulizi wa Thermodynamics, toleo la 2, M.-L., 1951; Samoilovich A, G., Thermodynamics na, toleo la 2., M., 1955.

Ensaiklopidia ya kimwili. Katika juzuu 5. - M.: Encyclopedia ya Soviet. Mhariri mkuu A. M. Prokhorov. 1988 .

Tazama "THERMODYNAMIC SYSTEM" ni nini katika kamusi zingine:

Mwili wa macroscopic uliotengwa na mazingira kwa kutumia partitions au shells (zinaweza pia kuwa za kiakili, za masharti) na zinazojulikana na vigezo vya macroscopic: kiasi, joto, shinikizo, nk Kwa hili ... ... Kamusi kubwa ya Encyclopedic

mfumo wa thermodynamic- mfumo wa thermodynamic; mfumo Seti ya miili ambayo inaweza kuingiliana kwa nguvu na kila mmoja na miili mingine na kubadilishana jambo nayo... Kamusi ya maelezo ya istilahi ya Polytechnic

MFUMO WA THERMODYNAMIC- seti ya kimwili miili ambayo inaweza kubadilishana nishati na jambo kwa kila mmoja na kwa miili mingine (mazingira ya nje). T.s. ni mfumo wowote unaojumuisha idadi kubwa sana ya molekuli, atomi, elektroni na chembe nyinginezo zenye nyingi... ... Encyclopedia kubwa ya Polytechnic

mfumo wa thermodynamic- Mwili (seti ya miili) yenye uwezo wa kubadilishana nishati na (au) jambo na miili mingine (kwa kila mmoja). [Mkusanyiko wa masharti yaliyopendekezwa. Suala la 103. Thermodynamics. Chuo cha Sayansi cha USSR. Kamati ya Istilahi za Kisayansi na Kiufundi. 1984... Mwongozo wa Mtafsiri wa Kiufundi

mfumo wa thermodynamic- - sehemu iliyochaguliwa kiholela ya nafasi iliyo na dutu moja au zaidi na kutengwa na mazingira ya nje na shell halisi au masharti. Kemia ya jumla: kitabu cha maandishi / A. V. Zholnin ... Masharti ya kemikali

mfumo wa thermodynamic- mwili wa macroscopic, uliotengwa na mazingira kwa mipaka halisi au ya kufikiria, ambayo inaweza kuwa na sifa ya vigezo vya thermodynamic: kiasi, joto, shinikizo, nk Kuna pekee,... ... Kamusi ya Encyclopedic ya Metallurgy

Mwili wa macroscopic uliotengwa na mazingira kwa kutumia partitions au shells (zinaweza pia kuwa za kiakili, za masharti), ambazo zinaweza kujulikana na vigezo vya macroscopic: kiasi, joto, shinikizo, nk Kwa ... ... Kamusi ya encyclopedic

Thermodynamics ... Wikipedia

mfumo wa thermodynamic- termodinaminė sistema statusas T sritis chemija apibrėžtis Kūnas (kūnų visuma), kurį nuo aplinkos skiria reali ar įsivaizduojama riba. atitikmenys: engl. mfumo wa thermodynamic rus. mfumo wa thermodynamic... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

mfumo wa thermodynamic- termodinaminė sistema statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. mfumo wa thermodynamic vok. thermodynamisches System, n rus. mfumo wa thermodynamic, f pranc. mfumo wa thermodynamique, m … Fizikos terminų žodynas

Utangulizi. Mada ya uhandisi wa joto. Dhana za kimsingi na ufafanuzi. Mfumo wa Thermodynamic. Vigezo vya serikali. Halijoto. Shinikizo. Kiasi maalum. Mlinganyo wa hali. Mlinganyo wa Van der Waals .

Uwiano kati ya vitengo:

Paa 1 = 10 5 Pa

1 kg/cm 2 (anga) = 9.8067 10 4 Pa

1 mmHg st (milimita ya zebaki) = 133 Pa

1 mm maji Sanaa. (milimita ya safu ya maji) = 9.8067 Pa

Msongamano - uwiano wa wingi wa dutu kwa kiasi kinachochukuliwa na dutu hiyo.

Kiasi maalum - usawa wa wiani, i.e. uwiano wa kiasi kinachochukuliwa na dutu kwa wingi wake.

Ufafanuzi: Ikiwa katika mfumo wa thermodynamic angalau moja ya vigezo vya mwili wowote uliojumuishwa katika mfumo hubadilika, basi mfumo hupata uzoefu. mchakato wa thermodynamic .

Vigezo vya msingi vya thermodynamic vya serikali P, V, T miili yenye homogeneous inategemea kila mmoja na inahusiana kwa usawa na equation ya serikali:

F (P, V, T)

Kwa gesi bora, equation ya hali imeandikwa kama:

P- shinikizo

v- kiasi maalum

T- joto

R- gesi mara kwa mara (kila gesi ina thamani yake mwenyewe)

Ikiwa equation ya serikali inajulikana, basi kuamua hali ya mifumo rahisi inatosha kujua vigezo viwili vya kujitegemea kati ya 3.

P = f1 (v, t); v = f2 (P, T); T = f3(v, P).

Michakato ya thermodynamic mara nyingi huonyeshwa kwenye grafu za serikali, ambapo vigezo vya hali vinapangwa pamoja na shoka. Pointi kwenye ndege ya grafu kama hiyo inalingana na hali fulani ya mfumo, mistari kwenye grafu inalingana na michakato ya thermodynamic ambayo huhamisha mfumo kutoka hali moja hadi nyingine.

Hebu tuchunguze mfumo wa thermodynamic unaojumuisha mwili mmoja wa gesi kwenye chombo kilicho na pistoni, na chombo na pistoni katika kesi hii ni mazingira ya nje.

Hebu, kwa mfano, gesi inapokanzwa katika chombo, kesi mbili zinawezekana:

1) Ikiwa pistoni ni fasta na kiasi haibadilika, basi shinikizo katika chombo itaongezeka. Utaratibu huu unaitwa isochoric(v = const), kukimbia kwa kiasi cha mara kwa mara;

Mchele. 1.1. Michakato ya Isochoric ndani P-T kuratibu: v 1 > v 2 > v 3

2) Ikiwa pistoni ni bure, basi gesi yenye joto itapanua; kwa shinikizo la mara kwa mara, mchakato huu unaitwa isobaric (P= const), kukimbia kwa shinikizo la mara kwa mara.

Mchele. 1.2 Michakato ya Isobaric katika v - T kuratibu: P 1 >P 2 >P 3

Ikiwa, kwa kusonga pistoni, unabadilisha kiasi cha gesi kwenye chombo, basi joto la gesi pia litabadilika, hata hivyo, kwa baridi ya chombo wakati wa ukandamizaji wa gesi na joto wakati wa upanuzi, unaweza kufikia kwamba joto litakuwa mara kwa mara. na mabadiliko ya kiasi na shinikizo, mchakato huu unaitwa isothermal (T= const).

Mchele. 1.3 Michakato ya isothermal katika P-v kuratibu: T 1 >T 2 >T 3

Mchakato ambao hakuna kubadilishana joto kati ya mfumo na mazingira huitwa adiabatic, wakati kiasi cha joto katika mfumo kinabaki mara kwa mara ( Q= const). Katika maisha halisi, michakato ya adiabatic haipo kwani haiwezekani kutenganisha kabisa mfumo kutoka kwa mazingira. Hata hivyo, taratibu hutokea mara nyingi ambayo kubadilishana joto na mazingira ni ndogo sana, kwa mfano, ukandamizaji wa haraka wa gesi kwenye chombo na pistoni, wakati joto halina muda wa kuondolewa kutokana na joto la pistoni na chombo.

Mchele. 1.4 Grafu inayokadiriwa ya mchakato wa adiabatic katika P-v kuratibu

Ufafanuzi: Mchakato wa Mviringo (Mzunguko) - ni seti ya michakato inayorudisha mfumo katika hali yake ya asili. Kunaweza kuwa na idadi yoyote ya michakato tofauti katika kitanzi.

Wazo la mchakato wa mviringo ni muhimu kwetu katika thermodynamics, kwani operesheni ya kiwanda cha nguvu ya nyuklia inategemea mzunguko wa maji ya mvuke, kwa maneno mengine, tunaweza kuzingatia uvukizi wa maji katika msingi, mzunguko wa rotor ya turbine. kwa mvuke, kufidia kwa mvuke na mtiririko wa maji ndani ya kiini kama aina ya mchakato funge wa thermodynamic au mzunguko.

Ufafanuzi: Mwili wa kazi - kiasi fulani cha dutu ambayo, kushiriki katika mzunguko wa thermodynamic, hufanya kazi muhimu. Maji ya kazi katika mmea wa reactor ya RBMK ni maji, ambayo, baada ya kuyeyuka katika msingi kwa namna ya mvuke, hufanya kazi katika turbine, inazunguka rotor.

Ufafanuzi: Uhamisho wa nishati katika mchakato wa thermodynamic kutoka kwa mwili mmoja hadi mwingine, unaohusishwa na mabadiliko ya kiasi cha maji ya kazi, na harakati zake katika nafasi ya nje au na mabadiliko katika nafasi yake inaitwa. kazi ya mchakato .

Mfumo wa Thermodynamic

Thermodynamics ya kiufundi (t/d) inachunguza mifumo ya ubadilishaji wa joto kuwa kazi. Inaanzisha uhusiano kati ya michakato ya joto, mitambo na kemikali ambayo hutokea katika mashine za joto na friji, inasoma taratibu zinazotokea katika gesi na mvuke, pamoja na mali ya miili hii chini ya hali mbalimbali za kimwili.

Thermodynamics inategemea sheria mbili za msingi (kanuni) za thermodynamics:

Sheria ya kwanza ya thermodynamics- sheria ya mabadiliko na uhifadhi wa nishati;

II sheria ya thermodynamics- huanzisha hali ya tukio na mwelekeo wa michakato ya macroscopic katika mifumo inayojumuisha idadi kubwa ya chembe.

Teknolojia ya kiufundi, kutumia sheria za msingi kwa michakato ya kubadilisha joto katika kazi ya mitambo na kinyume chake, inafanya uwezekano wa kuendeleza nadharia za injini za joto, kujifunza taratibu zinazotokea ndani yao, nk.

Lengo la utafiti ni mfumo wa thermodynamic, ambayo inaweza kuwa kundi la miili, mwili au sehemu ya mwili. Kilicho nje ya mfumo kinaitwa mazingira. Mfumo wa T/D ni mkusanyiko wa miili ya macroscopic inayobadilishana nishati na kila mmoja na mazingira. Kwa mfano: mfumo wa t / d ni gesi iko kwenye silinda yenye pistoni, na mazingira ni silinda, pistoni, hewa, na kuta za chumba.

Mfumo wa pekee - mfumo wa t/d hauingiliani na mazingira.

Mfumo wa Adiabatic (maboksi ya joto). - mfumo una shell ya adiabatic, ambayo haijumuishi kubadilishana joto (kubadilishana joto) na mazingira.

Mfumo wa homogeneous - mfumo ambao una muundo sawa na mali ya kimwili katika sehemu zake zote.

Mfumo wa homogeneous - mfumo wa homogeneous katika muundo na muundo wa mwili, ndani ambayo hakuna miingiliano (barafu, maji, gesi).

Mfumo wa kutofautiana - mfumo unaojumuisha sehemu kadhaa za homogeneous (awamu) na mali tofauti za kimwili, zilizotengwa kutoka kwa kila mmoja na interfaces inayoonekana (barafu na maji, maji na mvuke).
Katika injini za joto (injini), kazi ya mitambo inafanywa kwa msaada wa maji ya kazi - gesi, mvuke.

Sifa za kila mfumo zina sifa ya idadi ya idadi, ambayo kawaida huitwa vigezo vya thermodynamic. Hebu tuzingatie baadhi yao, kwa kutumia dhana za kinetiki za molekuli zinazojulikana kutoka kwa kozi ya fizikia kuhusu gesi bora kama mkusanyiko wa molekuli ambazo zina saizi ndogo zinazotoweka, ziko katika mwendo wa joto nasibu na huingiliana kupitia migongano tu.

Shinikizo husababishwa na mwingiliano wa molekuli za giligili ya kufanya kazi na uso na ni nambari sawa na nguvu inayofanya kazi kwa kila kitengo cha uso wa mwili kawaida hadi mwisho. Kwa mujibu wa nadharia ya kinetic ya Masi, shinikizo la gesi imedhamiriwa na uhusiano

Wapi n- idadi ya molekuli kwa kiasi cha kitengo;

T- wingi wa molekuli; kutoka 2- mzizi unamaanisha kasi ya mraba ya mwendo wa kutafsiri wa molekuli.

Katika Mfumo wa Kimataifa wa Vitengo (SI), shinikizo linaonyeshwa kwa pascals (1 Pa = 1 N / m2). Kwa kuwa kitengo hiki ni kidogo, ni rahisi zaidi kutumia 1 kPa = 1000 Pa na 1 MPa = 10 6 Pa.

Shinikizo hupimwa kwa kutumia vipimo vya shinikizo, barometers na kupima utupu.

Vipimo vya shinikizo la kioevu na chemchemi hupima shinikizo la geji, ambayo ni tofauti kati ya shinikizo kamili au kamili. R kipimo cha shinikizo la kati na anga

uk atm, i.e.

Vyombo vya kupima shinikizo chini ya anga huitwa mita za utupu; usomaji wao hutoa thamani ya utupu (au utupu):

yaani shinikizo la angahewa kupita kiasi juu ya shinikizo kabisa.

Ikumbukwe kwamba parameter ya serikali ni shinikizo kabisa. Hii ndio iliyojumuishwa katika milinganyo ya thermodynamic.

Halijotoinaitwa wingi wa kimwili, sifa ya kiwango cha joto la mwili. Dhana ya joto hufuata kutoka kwa taarifa ifuatayo: ikiwa mifumo miwili iko katika mawasiliano ya joto, basi ikiwa joto lao ni sawa, watabadilishana joto kwa kila mmoja, lakini ikiwa joto lao ni sawa, basi hakutakuwa na kubadilishana joto.

Kutoka kwa mtazamo wa dhana za kinetic za molekuli, joto ni kipimo cha ukubwa wa mwendo wa joto wa molekuli. Thamani yake ya nambari inahusiana na wastani wa nishati ya kinetic ya molekuli za dutu hii:

Wapi k- Boltzmann mara kwa mara sawa na 1.380662.10? 23 J/K. Joto T iliyofafanuliwa kwa njia hii inaitwa kabisa.

Kitengo cha joto cha SI ni kelvin (K); katika mazoezi, nyuzi joto (°C) hutumiwa sana. Uhusiano kati ya absolute T na centigrade I hali ya joto ina fomu

Katika hali ya viwanda na maabara, joto hupimwa kwa kutumia thermometers kioevu, pyrometers, thermocouples na vyombo vingine.

Kiasi maalum v— ni ujazo kwa kila kitengo cha uzito wa dutu. Ikiwa mwili wa molekuli homogeneous M inachukua sauti v, basi kwa ufafanuzi

v= V/M.

Katika mfumo wa SI, kitengo cha kiasi maalum ni 1 m 3 / kg. Kuna uhusiano dhahiri kati ya ujazo maalum wa dutu na msongamano wake:

Ili kulinganisha idadi ya mifumo ya tabia katika hali sawa, wazo la "hali ya kawaida ya mwili" huletwa:

uk= 760 mmHg = 101.325 kPa; T= 273,15 K.

Matawi tofauti ya teknolojia na nchi tofauti huanzisha "hali zao za kawaida", tofauti na zile zilizopewa, kwa mfano, "kiufundi" ( uk= 735.6 mm Hg. = 98 kPa, t= 15?C) au hali ya kawaida ya kutathmini utendaji wa compressor ( uk= 101.325 kPa, t= 20? C), nk.

Ikiwa vigezo vyote vya thermodynamic ni vya kudumu kwa wakati na sawa katika sehemu zote za mfumo, basi hali hii ya mfumo inaitwa. equi-spring.

Ikiwa kuna tofauti katika joto, shinikizo na vigezo vingine kati ya pointi tofauti katika mfumo, basi ni kutokuwa na usawa. Katika mfumo huo, chini ya ushawishi wa gradients ya parameter, mtiririko wa joto, vitu na wengine hutokea, wakijitahidi kurudi kwenye hali ya usawa. Uzoefu unaonyesha hivyo Mfumo uliotengwa kila wakati hufikia hali ya usawa kwa wakati na hauwezi kamwe kuiacha kwa hiari. Katika thermodynamics ya classical, mifumo ya usawa tu inazingatiwa.

Mlinganyo wa hali. Kwa mfumo wa thermodynamic wa usawa, kuna uhusiano wa kazi kati ya vigezo vya serikali, ambayo inaitwa. equation ya serikali. Uzoefu unaonyesha kwamba kiasi maalum, joto na shinikizo la mifumo rahisi zaidi, ambayo ni gesi, mvuke au vinywaji, vinahusiana. equation ya joto hali ya mtazamo:

Equation ya hali inaweza kutolewa kwa fomu nyingine:

Equations hizi zinaonyesha kwamba kati ya vigezo vitatu vikuu vinavyoamua hali ya mfumo, yoyote mawili ni huru.

Ili kutatua matatizo kwa kutumia njia za thermodynamic, ni muhimu kabisa kujua equation ya hali. Hata hivyo, haiwezi kupatikana ndani ya mfumo wa thermodynamics na lazima ipatikane kwa majaribio au kwa mbinu za fizikia ya takwimu. Fomu maalum ya equation ya hali inategemea mali ya mtu binafsi ya dutu hii.

Mfumo wa Thermodynamic- hii ni sehemu ya ulimwengu wa nyenzo, iliyotengwa na mazingira na mipaka halisi au ya kufikiria na ni kitu cha utafiti wa thermodynamics. Mazingira ni makubwa zaidi kwa kiasi, na kwa hiyo mabadiliko ndani yake hayana maana ikilinganishwa na mabadiliko katika hali ya mfumo. Tofauti na mifumo ya mitambo, ambayo inajumuisha miili moja au kadhaa, mfumo wa thermodynamic una idadi kubwa sana ya chembe, ambayo hutoa mali mpya kabisa na inahitaji mbinu tofauti za kuelezea hali na tabia ya mifumo hiyo. Mfumo wa thermodynamic ni kitu cha macroscopic.

Uainishaji wa mifumo ya thermodynamic

1. Kwa utunzi

Mfumo wa thermodynamic unajumuisha vipengele. Sehemu - ni dutu ambayo inaweza kutengwa na mfumo na kuwepo nje yake, i.e. vipengele ni vitu vya kujitegemea.

Sehemu moja.

Sehemu mbili, au binary.

Sehemu tatu - mara tatu.

Multicomponent.

2. Kwa muundo wa awamu- homogeneous na tofauti

Homogeneous mifumo ina mali sawa ya macroscopic wakati wowote katika mfumo, hasa joto, shinikizo, mkusanyiko, pamoja na wengine wengi, kwa mfano, index ya refractive, mara kwa mara ya dielectric, muundo wa kioo, nk Mifumo ya homogeneous inajumuisha awamu moja.

Awamu ni sehemu ya mfumo yenye homogeneous, iliyotenganishwa na awamu nyingine na kiolesura na sifa ya mlingano wake wa hali. Awamu na hali ya kujumlisha zinapishana, lakini dhana si zinazofanana. Kuna majimbo 4 tu ya kujumlisha; kunaweza kuwa na awamu nyingi zaidi.

Tofauti mifumo inajumuisha angalau awamu mbili.

3. Kwa aina ya uhusiano na mazingira(kulingana na uwezekano wa kubadilishana na mazingira).

Imetengwa mfumo haubadilishi nishati au jambo na mazingira. Huu ni mfumo mzuri, ambao, kimsingi, hauwezi kusoma kwa majaribio.

Imefungwa mfumo unaweza kubadilishana nishati na mazingira, lakini haina kubadilishana jambo.

Fungua mfumo hubadilishana nishati na maada

hali ya TDS

hali ya TDS ni jumla ya sifa zake zote zinazoweza kupimika za macroscopic, ambazo kwa hiyo zina usemi wa kiasi. Asili ya macroscopic ya mali inamaanisha kuwa zinaweza kuhusishwa tu na mfumo kwa ujumla, na sio kwa chembe za kibinafsi zinazounda muundo wa karibu wa binary (T, p, V, c, U, n k). Tabia za kiasi za serikali zimeunganishwa. Kwa hiyo, kuna seti ya chini ya sifa za mfumo inayoitwa vigezo , maelezo ambayo inaruhusu sisi kuelezea kikamilifu mali ya mfumo. Idadi ya vigezo hivi inategemea aina ya mfumo. Katika kesi rahisi, kwa mfumo wa gesi ya homogeneous iliyofungwa katika hali ya usawa, inatosha kuweka vigezo 2 tu. Kwa mfumo wa wazi, pamoja na sifa hizi 2 za mfumo, ni muhimu kutaja idadi ya moles ya kila sehemu.

Vigezo vya Thermodynamic vimegawanywa katika:

- ya nje, ambayo imedhamiriwa na mali na kuratibu za mfumo katika mazingira na hutegemea mawasiliano ya mfumo na mazingira, kwa mfano, wingi na idadi ya vipengele, nguvu za shamba la umeme, idadi ya vigezo vile ni mdogo;

- ndani, ambayo ina sifa ya mali ya mfumo, kwa mfano, wiani, nishati ya ndani, idadi ya vigezo vile haina ukomo;

- pana, ambayo ni sawa na wingi wa mfumo au idadi ya chembe, kwa mfano, kiasi, nishati, entropy, uwezo wa joto;

-makali, ambayo haitegemei wingi wa mfumo, kwa mfano, joto, shinikizo.

Vigezo vya TDS vinahusiana na uhusiano unaoitwa hali ya mlingano mifumo. Mtazamo wa jumla juu yake f(uk, V , T)= 0. Moja ya kazi muhimu zaidi ya FH ni kupata equation ya hali ya mfumo wowote. Hadi sasa, equation halisi ya serikali inajulikana tu kwa gesi bora (Clapeyron-Mendeleev equation).

pV = nRT, ( 1.1)

Wapi R- mara kwa mara gesi ya ulimwengu wote = 8.314 J/(mol.K).

[p] = Pa, 1 atm = 1.013*10 5 Pa = 760 mm Hg,

[V] = m3, [T] = K, [n] = mol, N = 6.02*1023 mol-1. Gesi halisi ni takriban tu zilizoelezewa na mlingano huu, na kadiri shinikizo linavyoongezeka na kupunguza joto, ndivyo kupotoka zaidi kutoka kwa mlingano huu wa hali.

Tofautisha usawa Na kutokuwa na usawa hali ya TDS.

Thermodynamics ya classical kawaida hupunguzwa kwa kuzingatia hali ya usawa ya mifumo ya karibu ya binary. Usawa - hii ndiyo hali ambayo TDS inakuja kwa hiari, na ambayo inaweza kuwepo kwa muda usiojulikana kwa kutokuwepo kwa mvuto wa nje. Kuamua hali ya usawa, idadi ndogo ya vigezo daima inahitajika kuliko mifumo isiyo na usawa.

Hali ya usawa imegawanywa katika:

- endelevu(imara) hali ambayo athari yoyote isiyo na kikomo husababisha tu mabadiliko yasiyo na kikomo katika hali, na athari hii inapoondolewa, mfumo hurudi katika hali yake ya asili;

- metastable hali ambayo baadhi ya athari za mwisho husababisha mabadiliko ya mwisho katika hali ambayo hayapotei wakati athari hizi zinaondolewa.

Mabadiliko katika hali ya mfumo wa karibu wa mwili unaohusishwa na mabadiliko katika angalau moja ya vigezo vyake vya thermodynamic huitwa. mchakato wa thermodynamic. Upekee wa maelezo ya michakato ya thermodynamic ni kwamba hawana sifa ya viwango vya mabadiliko ya mali, lakini kwa ukubwa wa mabadiliko. Mchakato katika thermodynamics ni mlolongo wa majimbo ya mfumo unaoongoza kutoka kwa seti ya awali ya vigezo vya thermodynamic hadi mwisho. Taratibu zifuatazo za thermodynamic zinajulikana:

- ya hiari, kwa utekelezaji ambao hauitaji kutumia nishati;

- yasiyo ya hiari, kutokea tu wakati nishati inatumiwa;

- isiyoweza kutenduliwa(au nonequilibrium) - wakati kama matokeo ya mchakato haiwezekani kurudisha mfumo kwa hali yake ya asili.

-inayoweza kugeuzwa - hizi ni michakato iliyopendekezwa ambayo hupita mbele na nyuma kupitia majimbo sawa ya kati, na baada ya kukamilika kwa mzunguko hakuna mabadiliko yanayozingatiwa ama katika mfumo au katika mazingira.

Vitendaji vya hali- hizi ni sifa za mfumo ambazo hutegemea tu vigezo vya serikali, lakini hazitegemei njia ya kuifanikisha.

Kazi za serikali zina sifa ya sifa zifuatazo:

Mabadiliko yasiyo na kikomo ya utendakazi f ni tofauti kabisa df;

Mabadiliko ya utendaji kazi wakati wa mpito kutoka jimbo la 1 hadi jimbo la 2 huamuliwa na majimbo haya pekee ∫ df = f 2 – f 1

Kutokana na mchakato wowote wa mzunguko, kazi ya serikali haibadilika, i.e. sawa na sifuri.

Joto na kazi- Mbinu za kubadilishana nishati kati ya RDS na mazingira. Joto na kazi ni sifa za mchakato; sio kazi za serikali.

Kazi- aina ya kubadilishana nishati katika ngazi ya macroscopic wakati harakati iliyoelekezwa ya kitu hutokea. Kazi inachukuliwa kuwa chanya ikiwa inafanywa na mfumo dhidi ya nguvu za nje.

Joto- aina ya kubadilishana nishati katika ngazi ya microscopic, i.e. kwa namna ya mabadiliko katika harakati ya machafuko ya molekuli. Inakubaliwa kwa ujumla kuwa joto lililopokelewa na mfumo na kazi iliyofanywa juu yake ni chanya, i.e. "kanuni ya ubinafsi" inafanya kazi .

Vitengo vinavyotumiwa zaidi vya nishati na kazi, hasa katika thermodynamics, ni joule ya SI (J) na kalori ya kitengo isiyo ya utaratibu (1 cal = 4.18 J).

Kulingana na asili ya kitu, aina tofauti za kazi zinajulikana:

1. Mitambo - harakati za mwili

dA manyoya = - F ex dl.(2.1)

Kazi ni bidhaa ya scalar ya vectors 2 za nguvu na uhamisho, i.e.

|dA manyoya | = F dl cosα. Ikiwa mwelekeo wa nguvu za nje ni kinyume na harakati zinazofanywa na nguvu za ndani, basi cosα < 0.

2. Operesheni ya ugani (upanuzi wa gesi mara nyingi huzingatiwa)

dA = - p dV (1.7)

Hata hivyo, ni lazima ikumbukwe kwamba usemi huu ni halali tu kwa mchakato unaoweza kubadilishwa.

3. Umeme - harakati za malipo ya umeme

dA el = -jdq,(2.2)

Wapi j- uwezo wa umeme.

4. Ya juu juu - mabadiliko katika eneo la uso;

dA uso = -sdS,(2.3)

Wapi s- mvutano wa uso.

5. Usemi wa jumla wa kazi

dA = - Ydx,(2.4)

Y- nguvu ya jumla, dx- kuratibu jumla, hivyo kazi inaweza kuchukuliwa kama bidhaa ya sababu kubwa na mabadiliko katika kipengele kikubwa.

6. Aina zote za kazi, isipokuwa kazi ya upanuzi, huitwa muhimu kazi (dA’). dA = рdV + dА’ (2.5)

7. Kwa mlinganisho, tunaweza kuanzisha dhana kemikali kazi wakati wa kusonga kwa mwelekeo k- dutu ya kemikali, n k- mali kubwa, wakati paramu kubwa m k inayoitwa uwezo wa kemikali k- dutu

dA kemikali = -Sm k dn k. (2.6)

Ufafanuzi 1

Mfumo wa thermodynamic ni mkusanyiko na uthabiti wa miili ya mwili ya macroscopic ambayo huingiliana kila wakati na vitu vingine, ikibadilishana nishati nayo.

Katika thermodynamics, kawaida huelewa mfumo kama fomu ya kimwili ya macroscopic ambayo ina idadi kubwa ya chembe ambazo hazimaanishi matumizi ya viashiria vya macroscopic kuelezea kila kipengele cha mtu binafsi. Hakuna vikwazo fulani katika asili ya miili ya nyenzo ambayo ni vipengele vya dhana kama hizo. Wanaweza kuwakilishwa kama atomi, molekuli, elektroni, ioni na fotoni

Mifumo ya Thermodynamic huja katika aina tatu kuu:

pekee - hakuna kubadilishana na suala au nishati na mazingira;
imefungwa - mwili haujaunganishwa na mazingira;
wazi - kuna kubadilishana nishati na wingi na nafasi ya nje.

Nishati ya mfumo wowote wa thermodynamic inaweza kugawanywa katika nishati ambayo inategemea nafasi na harakati ya mfumo, pamoja na nishati ambayo imedhamiriwa na harakati na mwingiliano wa microparticles zinazounda dhana. Sehemu ya pili inaitwa katika fizikia nishati ya ndani ya mfumo.

Vipengele vya mifumo ya thermodynamic

Kielelezo 1. Aina za mifumo ya thermodynamic. Mwandishi24 - kubadilishana mtandaoni kwa kazi za wanafunzi

Kumbuka 1

Tabia tofauti za mifumo katika thermodynamics inaweza kuwa kitu chochote kinachozingatiwa bila matumizi ya darubini na darubini.

Ili kutoa maelezo kamili ya dhana hiyo, ni muhimu kuchagua maelezo macroscopic kwa njia ambayo inawezekana kuamua kwa usahihi shinikizo, kiasi, joto, induction magnetic, polarization umeme, utungaji kemikali, na wingi wa vipengele kusonga.

Kwa mifumo yoyote ya thermodynamic kuna mipaka ya masharti au halisi ambayo huwatenganisha na mazingira. Badala yake, mara nyingi huzingatia dhana ya thermostat, ambayo ina sifa ya uwezo mkubwa wa joto kwamba katika kesi ya kubadilishana joto na dhana iliyochambuliwa, parameter ya joto bado haibadilika.

Kulingana na hali ya jumla ya mwingiliano wa mfumo wa thermodynamic na mazingira, ni kawaida kutofautisha:

spishi zilizotengwa ambazo hazibadilishana mada au nishati na mazingira ya nje;
kutengwa kwa adiabatically - mifumo ambayo haibadilishana jambo na mazingira ya nje, lakini huingia katika ubadilishanaji wa nishati;
mifumo iliyofungwa - zile ambazo hazibadilishana na jambo; mabadiliko kidogo tu katika thamani ya nishati ya ndani inaruhusiwa;
mifumo ya wazi - wale ambao wana sifa ya uhamisho kamili wa nishati na suala;
kufunguliwa kwa sehemu - kuwa na sehemu zinazoweza kupenyeza, kwa hivyo hazishiriki kikamilifu katika ubadilishanaji wa nyenzo.

Kulingana na uundaji, maana ya dhana ya thermodynamic inaweza kugawanywa katika chaguzi rahisi na ngumu.

Nishati ya ndani ya mifumo katika thermodynamics

Kielelezo 2. Nishati ya ndani ya mfumo wa thermodynamic. Mwandishi24 - kubadilishana mtandaoni kwa kazi za wanafunzi

Kumbuka 2

Viashiria kuu vya thermodynamic, ambayo inategemea moja kwa moja juu ya wingi wa mfumo, ni pamoja na nishati ya ndani.

Ni pamoja na nishati ya kinetic kwa sababu ya harakati ya chembe za msingi za jambo, na vile vile nishati inayowezekana ambayo inaonekana wakati wa mwingiliano wa molekuli na kila mmoja. Parameta hii daima haina utata. Hiyo ni, maana na utambuzi wa nishati ya ndani ni mara kwa mara wakati dhana iko katika hali inayotakiwa, bila kujali njia ambayo nafasi hii ilipatikana.

Katika mifumo ambayo utungaji wa kemikali bado haubadilika wakati wa mabadiliko ya nishati, wakati wa kuamua nishati ya ndani ni muhimu kuzingatia tu nishati ya mwendo wa joto wa chembe za nyenzo.

Mfano mzuri wa mfumo huo katika thermodynamics ni gesi bora. Nishati isiyolipishwa ni kiasi fulani cha kazi ambayo mwili wa kimwili unaweza kufanya katika mchakato wa kugeuzwa wa isothermal, au nishati isiyolipishwa inawakilisha utendakazi wa juu iwezekanavyo ambao dhana inaweza kutekeleza, ikiwa na usambazaji mkubwa wa nishati ya ndani. Nishati ya ndani ya mfumo ni sawa na jumla ya mvutano uliofungwa na wa bure.

Ufafanuzi 2

Nishati iliyofungwa ni ile sehemu ya nishati ya ndani ambayo haina uwezo wa kugeuka kuwa kazi kwa uhuru - hii ni sehemu iliyopunguzwa ya nishati ya ndani.

Kwa joto sawa, parameter hii huongezeka kwa kuongezeka kwa entropy. Kwa hivyo, entropy ya mfumo wa thermodynamic ni kipimo cha utoaji wa nishati yake ya awali. Katika thermodynamics kuna ufafanuzi mwingine - upotevu wa nishati katika mfumo wa pekee wa utulivu

Mchakato unaoweza kubadilishwa ni mchakato wa thermodynamic ambao unaweza kuendelea kwa kasi katika mwelekeo wa nyuma na wa mbele, kupitia nafasi sawa za kati, na dhana hatimaye kurudi katika hali yake ya awali bila matumizi ya nishati ya ndani, na hakuna mabadiliko ya macroscopic yanayobaki katika jirani. nafasi.

Michakato inayoweza kubadilishwa hutoa kazi ya juu zaidi. Katika mazoezi, haiwezekani kupata matokeo bora kutoka kwa mfumo. Hii inatoa umuhimu wa kinadharia kwa matukio yanayoweza kutenduliwa, ambayo huenda polepole sana na yanaweza kufikiwa kwa umbali mfupi tu.

Ufafanuzi 3

Katika sayansi, isiyoweza kutenduliwa ni mchakato ambao hauwezi kufanywa kwa mwelekeo tofauti kupitia majimbo sawa ya kati.

Matukio yote ya kweli hayawezi kutenduliwa kwa hali yoyote. Mifano ya athari hizo ni uenezaji wa joto, uenezaji, mtiririko wa viscous, na upitishaji wa joto. Mpito wa nishati ya kinetic na ya ndani ya mwendo wa macroscopic kupitia msuguano wa mara kwa mara ndani ya joto, yaani, ndani ya mfumo yenyewe, ni mchakato usioweza kurekebishwa.

Vigezo vya Hali ya Mfumo

Hali ya mfumo wowote wa thermodynamic inaweza kuamua na mchanganyiko wa sasa wa sifa au mali zake. Vigezo vyote vipya ambavyo vimedhamiriwa kikamilifu tu kwa wakati fulani na hazitegemei jinsi wazo lilikuja kwenye nafasi hii huitwa vigezo vya thermodynamic vya hali au kazi za msingi za nafasi.

Katika thermodynamics, mfumo unachukuliwa kuwa wa stationary ikiwa maadili ya kutofautisha yanabaki thabiti na hayabadilika kwa wakati. Moja ya chaguzi kwa hali ya stationary ni usawa wa thermodynamic. Yoyote, hata isiyo na maana, mabadiliko katika dhana tayari ni mchakato wa kimwili, hivyo inaweza kuwa na kutoka kwa moja hadi viashiria kadhaa vya hali ya kutofautiana. Mlolongo ambao majimbo ya mfumo hubadilika kwa kila mmoja inaitwa "njia ya mchakato."

Kwa bahati mbaya, kuchanganyikiwa na masharti na maelezo ya kina bado kuna, kwa sababu kutofautiana sawa katika thermodynamics inaweza kuwa huru au matokeo ya kuongeza kazi kadhaa za mfumo mara moja. Kwa hivyo, maneno kama vile "kigezo cha hali", "tendakazi ya hali", "tofauti ya hali" wakati mwingine yanaweza kuchukuliwa kuwa visawe.