Büyük petrol ve gaz ansiklopedisi. Termodinamik sistemler

Termodinamik sistemlerin özelliklerini ele alalım. Genellikle, önemli sayıda parçacıktan oluşan fiziksel makroskopik formlar olarak anlaşılırlar; bunlar, makroskopik özellikleri tanımlamak için her bir parçacığın kullanımını ima etmez.

Bu tür sistemlerin kurucu bileşenleri olan malzeme parçacıklarının doğasına ilişkin herhangi bir kısıtlama yoktur. Moleküller, atomlar, iyonlar, elektronlar, fotonlar şeklinde sunulabilirler.

Özellikler

Termodinamik sistemlerin ayırt edici özelliklerini analiz edelim. Bir örnek, teleskop veya mikroskop kullanılmadan gözlemlenebilen herhangi bir nesnedir. Böyle bir sistemin tam bir tanımını vermek için, bileşenlerin hacmini, basıncını, sıcaklığını, elektriksel polarizasyonunu, manyetik indüksiyonunu, kimyasal bileşimini ve kütlesini belirlemenin mümkün olduğu makroskobik ayrıntılar seçilir.

Herhangi bir termodinamik sistem için onları ortamdan ayıran koşullu veya gerçek sınırlar vardır. Bunun yerine, analiz edilen sistemle ısı değişimi durumunda sıcaklık göstergesinin değişmeden kalacağı kadar yüksek bir ısı kapasitesi ile karakterize edilen bir termostat kavramı sıklıkla kullanılır.

Sistem sınıflandırması

Termodinamik sistemlerin sınıflandırmasının ne olduğunu düşünelim. Çevre ile etkileşiminin niteliğine bağlı olarak, aşağıdakileri ayırt etmek gelenekseldir:

dış çevreyle madde veya enerji alışverişi yapmayan izole türler;
adyabatik olarak izole edilmiş, dış çevreyle madde alışverişi yapmayan, ancak iş veya enerji alışverişine giren;
Kapalı termodinamik sistemlerde madde alışverişi yoktur, yalnızca enerji değerindeki değişikliklere izin verilir;
açık sistemler enerji ve maddenin tam aktarımıyla karakterize edilir;
kısmen açık olanlar yarı geçirgen bölmelere sahip olabilir, bu nedenle malzeme alışverişine tam olarak katılamazlar.

Açıklamaya bağlı olarak bir termodinamik sistemin parametreleri karmaşık ve basit seçeneklere ayrılabilir.

Basit sistemlerin özellikleri

Basit sistemlere denge durumları denir; fiziksel durumları belirli hacim, sıcaklık ve basınçla belirlenebilir. Bu tip termodinamik sistemlerin örnekleri, farklı yönlerde ve noktalarda eşit özelliklere sahip izotropik cisimlerdir. Böylece termodinamik dengede olan sıvılar, gaz halindeki maddeler, katılar elektromanyetik ve yer çekimi kuvvetlerine, yüzey gerilimine ve kimyasal dönüşümlere maruz kalmazlar. Basit cisimlerin analizi termodinamikte pratik ve teorik açıdan önemli ve alakalı olarak kabul edilmektedir.

Bu tip bir termodinamik sistemin iç enerjisi çevredeki dünyayla bağlantılıdır. Açıklarken, her bir bileşenin parçacık sayısı ve maddesinin kütlesi kullanılır.

Karmaşık sistemler

Karmaşık termodinamik sistemler, basit türlere girmeyen termodinamik sistemleri içerir. Örneğin bunlar mıknatıslar, dielektrikler, katı elastik cisimler, süper iletkenler, faz arayüzleri, termal radyasyon ve elektrokimyasal sistemlerdir. Bunları tanımlamak için kullanılan parametreler olarak yayın veya çubuğun esnekliğine, faz arayüzüne ve termal radyasyona dikkat ederiz.

Fiziksel sistem, araştırma için seçilen sıcaklık ve basınç sınırları dahilinde maddeler arasında kimyasal etkileşimin olmadığı bir sistemdir. Ve kimyasal sistemler, bireysel bileşenleri arasındaki etkileşimi içeren seçeneklerdir.

Bir termodinamik sistemin iç enerjisi, onun dış dünyadan izolasyonuna bağlıdır. Örneğin, adyabatik bir kabuğun bir çeşidi olarak bir Dewar şişesi hayal edilebilir. Homojen karakter, tüm bileşenlerin benzer özelliklere sahip olduğu bir sistemde ortaya çıkar. Bunların örnekleri gaz, katı ve sıvı çözeltilerdir. Gaz halindeki homojen fazın tipik bir örneği Dünya'nın atmosferidir.

Termodinamiğin özellikleri

Bilimin bu bölümü, enerjinin salınımı ve emilimiyle ilişkili temel süreç modellerinin incelenmesiyle ilgilidir. Kimyasal termodinamik, bir sistemi oluşturan parçaların karşılıklı dönüşümlerinin incelenmesini, belirli koşullar altında (basınç, sıcaklık, hacim) bir enerji türünden diğerine geçiş modellerinin oluşturulmasını içerir.

Termodinamik araştırmanın nesnesi olan sistem, diğer gerçek nesnelerle bir arayüzle ayrılan çok sayıda molekül de dahil olmak üzere herhangi bir doğal nesne biçiminde temsil edilebilir. Bir sistemin durumu, onun termodinamik açıdan belirlenmesini mümkün kılan özelliklerinin toplamı anlamına gelir.

Çözüm

Her sistemde bir enerji türünden diğerine geçiş gözlenir ve termodinamik denge kurulur. Enerjinin dönüşümleri, değişimleri ve korunumuyla ilgili ayrıntılı çalışmayla ilgilenen fizik bölümü özellikle önemlidir. Örneğin, kimyasal kinetikte sadece bir sistemin durumunu tanımlamak değil, aynı zamanda sistemin istenilen yönde yer değiştirmesine katkıda bulunan koşulları da hesaplamak mümkündür.

Söz konusu dönüşümün entalpisi ve entropisini ilişkilendiren Hess yasası, kendiliğinden meydana gelen bir reaksiyonun olasılığını belirlemeyi ve bir termodinamik sistem tarafından salınan (absorbe edilen) ısı miktarını hesaplamayı mümkün kılar.

Termodinamiğin ilkelerine dayanan termokimya pratik öneme sahiptir. Kimyanın bu bölümü sayesinde, üretimde yakıt verimliliğine ilişkin ön hesaplamalar ve belirli teknolojilerin fiili üretime dahil edilmesinin fizibilitesi gerçekleştirilir. Termodinamikten elde edilen bilgiler, çeşitli malzemelerin endüstriyel üretimi için esneklik, termoelektriklik, viskozite ve mıknatıslanma olgularının uygulanmasını mümkün kılar.

TERMODİNAMİK SİSTEM

Bir dizi makroskobik birbirleriyle ve diğer bedenlerle (dış çevre) etkileşime girebilen bedenler - onlarla enerji ve madde alışverişi yapın. T.s. o kadar çok sayıda yapısal parçacıktan (atomlar, moleküller) oluşur ki durumu makroskopik olarak karakterize edilebilir. parametreler: yoğunluk, basınç, T.s.'yi oluşturan maddelerin konsantrasyonu, vb.

TERMODİNAMİK DENGE), sistemin parametrelerinin zamanla değişmemesi ve sistemde herhangi bir maddenin bulunmaması durumudur. sabit akışlar (ısı, su vb.). Denge için T.s. sıcaklık kavramı tüm makroskobik nesneler için aynı değere sahip bir parametre olarak tanıtılmıştır. sistemin parçaları. Bir durumun bağımsız parametrelerinin sayısı, T.S.'nin serbestlik derecesinin sayısına eşittir; geri kalan parametreler, durum denklemi kullanılarak bağımsız parametreler cinsinden ifade edilebilir. Denge azizleri T.s. denge süreçlerini inceler (termostatik); dengesiz sistemlerin kutsalı - .

Termodinamik şunları dikkate alır: diğer sistemlerle madde alışverişi yapmayan, ancak diğer sistemlerle madde ve enerji alışverişi yapan kapalı termal sistemler; diğer sistemlerde bulunmadığı adyabatik T. sistemleri; Diğer sistemlerle enerji veya madde alışverişi yapmayan izole sistemler. Sistem yalıtılmamışsa durumu değişebilir; T.'nin durumundaki değişiklik. isminde Termodinamik süreç. T.s. fiziksel olarak homojen (homojen sistem) ve birkaç taneden oluşan heterojen (heterojen sistem) olabilir. farklı fiziksel özelliklere sahip homojen parçalar Kutsal sen. Faz ve kimyasal sonucu dönüşümler (bkz. FAZ GEÇİŞİ) homojen T. s. heterojen hale gelebilir ve bunun tersi de geçerlidir.

Fiziksel ansiklopedik sözlük. - M .: Sovyet Ansiklopedisi. . 1983 .

TERMODİNAMİK SİSTEM

Bir dizi makroskobik birbirleriyle ve diğer bedenlerle (dış çevre) etkileşime girebilen bedenler - onlarla enerji ve madde alışverişi yapın. T.s. o kadar çok sayıda yapısal parçacıktan (atomlar, moleküller) oluşur ki, durumu makroskopik olarak karakterize edilebilir. parametreler: yoğunluk, basınç, katıları oluşturan maddelerin konsantrasyonu vb.

T.s. dengededir (bkz. Termodinamik denge), sistemin parametreleri zamanla değişmiyorsa ve sistemde malzeme yoksa. sabit akışlar (ısı, madde vb.). Denge için T.s. Konsept tanıtıldı sıcaklık Nasıl durum parametresi, tüm makroskobikler için aynı anlama sahiptir. sistemin parçaları. Bağımsız durum parametrelerinin sayısı sayıya eşittir serbestlik dereceleri T.S.'ye göre, geri kalan parametreler bağımsız olanlar cinsinden şu şekilde ifade edilebilir: durum denklemleri. Denge T.s'nin özellikleri. çalışmalar termodinamik denge süreçleri (termostatik), denge dışı sistemlerin özellikleri - Dengesiz süreçlerin termodinamiği.

Termodinamik şunları dikkate alır: diğer sistemlerle madde alışverişi yapmayan kapalı termodinamik sistemler; açık sistemler, diğer sistemlerle madde ve enerji alışverişi; diğer sistemlerle ısı alışverişinin olmadığı a d i a b at n e T.s.; izole T. homojen sistem) ve heterojen ( heterojen sistem), farklı fiziksel özelliklere sahip birkaç homojen parçadan oluşur. özellikler. Faz ve kimyasal sonucu dönüşümler (bkz. Faz geçişi) homojen T. s. heterojen hale gelebilir ve bunun tersi de geçerlidir.

Yandı: Epshtein P.S., Termodinamik Kursu, çev. İngilizce'den, M.-L., 1948; Leontovich M.A., Termodinamiğe Giriş, 2. baskı, M.-L., 1951; Samoilovich A, G., Termodinamik ve, 2. baskı, M., 1955.

Fiziksel ansiklopedi. 5 cilt halinde. - M .: Sovyet Ansiklopedisi. Genel Yayın Yönetmeni A. M. Prokhorov. 1988 .

Diğer sözlüklerde "TERMODİNAMİK SİSTEM" in ne olduğuna bakın:

Bölmeler veya kabuklar (aynı zamanda zihinsel, koşullu da olabilirler) kullanılarak ortamdan izole edilen ve makroskopik parametrelerle karakterize edilen makroskobik bir cisim: hacim, sıcaklık, basınç vb. Bunun için... ... Büyük Ansiklopedik Sözlük

termodinamik sistem- termodinamik sistem; sistem Birbirleriyle ve diğer bedenlerle enerjisel olarak etkileşime girebilen ve onlarla madde alışverişinde bulunabilen bir dizi beden. Politeknik terminolojik açıklayıcı sözlük

TERMODİNAMİK SİSTEM- bir dizi fiziksel Birbirleriyle ve diğer cisimlerle (dış çevre) enerji ve madde alışverişi yapabilen cisimler. T.s. çok sayıda molekül, atom, elektron ve diğer parçacıklardan oluşan ve çok sayıda... ... Büyük Politeknik Ansiklopedisi

termodinamik sistem- Diğer bedenlerle (birbirleriyle) enerji ve/veya madde alışverişi yapabilen bir vücut (bir vücut kümesi). [Önerilen terimlerin toplanması. Sayı 103. Termodinamik. SSCB Bilimler Akademisi. Bilimsel ve Teknik Terminoloji Komitesi. 1984... Teknik Çevirmen Kılavuzu

termodinamik sistem- - bir veya daha fazla maddeyi içeren ve dış ortamdan gerçek veya koşullu bir kabukla ayrılmış, keyfi olarak seçilmiş bir uzay kısmı. Genel kimya: ders kitabı / A. V. Zholnin ... Kimyasal terimler

termodinamik sistem- ortamdan gerçek veya hayali sınırlarla ayrılmış, hacim, sıcaklık, basınç vb. termodinamik parametrelerle karakterize edilebilen makroskobik bir cisim. İzole edilmiş,... ... Ansiklopedik Metalurji Sözlüğü

Makroskopik parametrelerle karakterize edilebilen, bölmeler veya kabuklar (aynı zamanda zihinsel, koşullu da olabilirler) kullanılarak ortamdan izole edilmiş makroskobik bir gövde: hacim, sıcaklık, basınç vb. İçin... ... Ansiklopedik Sözlük

Termodinamik ... Vikipedi

termodinamik sistem- Termodinaminė sistem durumu durumu T sritis chemija apibrėžtis Kūnas (kūnų visuma), kurį nuo aplinkos skiria reali ve įsivaizduojama riba. atitikmenys: ingilizce. termodinamik sistem rus. termodinamik sistem... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

termodinamik sistem- termodinaminė sistema statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. termodinamik sistem vok. termodinamik Sistem, n rus. termodinamik sistem, f pranc. termodinamik sistem, m … Fizikos terminų žodynas

giriiş. Isı mühendisliğinin konusu. Temel kavramlar ve tanımlar. Termodinamik sistem. Durum parametreleri. Sıcaklık. Basınç. Spesifik hacim. Durum denklemi. Van der Waals denklemi .

Birimler arası oran:

1 bar = 10 5 Pa

1 kg/cm2 (atmosfer) = 9,8067 10 4 Pa

1 mmHg st (milimetre cıva) = 133 Pa

1 mm su. Sanat. (milimetre su sütunu) = 9,8067 Pa

Yoğunluk - bir maddenin kütlesinin o maddenin kapladığı hacme oranı.

Spesifik hacim - yoğunluğun karşılığı, yani Bir maddenin kapladığı hacmin kütlesine oranı.

Tanım: Termodinamik bir sistemde, sisteme dahil olan herhangi bir cismin parametrelerinden en az biri değişirse, sistem bir değişime uğrar. termodinamik süreç .

Durumun temel termodinamik parametreleri P, V, T homojen cisimler birbirine bağlıdır ve durum denklemiyle karşılıklı olarak ilişkilidir:

F (P, V, T)

İdeal bir gaz için durum denklemi şu şekilde yazılır:

P- basınç

v- belirli hacim

T- sıcaklık

R- gaz sabiti (her gazın kendi değeri vardır)

Durum denklemi biliniyorsa, en basit sistemlerin durumunu belirlemek için 3 bağımsız değişkenden ikisini bilmek yeterlidir.

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

Termodinamik süreçler genellikle durum parametrelerinin eksenler boyunca çizildiği durum grafiklerinde gösterilir. Böyle bir grafiğin düzlemindeki noktalar sistemin belirli bir durumuna karşılık gelir, grafikteki çizgiler ise sistemi bir durumdan diğerine aktaran termodinamik süreçlere karşılık gelir.

Pistonlu bir kap içindeki bir miktar gazdan oluşan bir termodinamik sistemi düşünelim ve bu durumda kap ve piston dış ortamdır.

Örneğin gazın bir kapta ısıtıldığını varsayalım, iki durum mümkündür:

1) Piston sabitse ve hacim değişmiyorsa kaptaki basınç artacaktır. Bu süreç denir izokorik(v = const), sabit hacimde çalışıyor;

Pirinç. 1.1. İzokorik süreçler P-T koordinatlar: v 1 >v 2 >v 3

2) Piston serbestse, ısıtılan gaz sabit basınçta genleşecektir, bu işleme denir; izobarik (P= const), sabit basınçta çalışıyor.

Pirinç. 1.2 İzobarik süreçler v - T koordinatlar: P 1 >P 2 >P 3

Pistonu hareket ettirerek kaptaki gazın hacmini değiştirirseniz, gazın sıcaklığı da değişecektir, ancak gazın sıkıştırılması sırasında kabı soğutarak ve genleşme sırasında ısıtarak sıcaklığın sabit kalmasını sağlayabilirsiniz. hacim ve basınçtaki değişikliklerle bu işleme denir izotermal (T= sabit).

Pirinç. 1.3 İzotermal süreçler P-v koordinatlar: T 1 >T 2 >T 3

Sistem ile çevre arasında ısı alışverişinin olmadığı olaya denir. adyabatik sistemdeki ısı miktarı sabit kalırken ( Q= sabit). Gerçek hayatta sistemi ortamdan tamamen izole etmek mümkün olmadığından adyabatik süreçler mevcut değildir. Bununla birlikte, genellikle çevreyle ısı alışverişinin çok küçük olduğu işlemler meydana gelir; örneğin, pistonun ve kabın ısınması nedeniyle ısının uzaklaştırılması için zaman olmadığında, bir kaptaki gazın bir piston tarafından hızlı bir şekilde sıkıştırılması.

Pirinç. 1.4 Adyabatik bir sürecin yaklaşık grafiği P-v koordinatlar

Tanım: Dairesel süreç (Döngü) - sistemi orijinal durumuna döndüren bir dizi işlemdir. Bir döngüde herhangi bir sayıda ayrı süreç bulunabilir.

Döngüsel süreç kavramı termodinamikte bizim için anahtardır, çünkü bir nükleer santralin işleyişi buhar-su döngüsüne dayanmaktadır, başka bir deyişle çekirdekteki suyun buharlaşmasını, türbin rotorunun dönüşünü dikkate alabiliriz. buhar, buharın yoğunlaşması ve suyun çekirdeğe akışıyla bir tür kapalı termodinamik süreç veya döngü olarak gerçekleşir.

Tanım: İş gövdesi - termodinamik döngüye katılarak yararlı işler yapan belirli miktarda madde. RBMK reaktör tesisindeki çalışma akışkanı, çekirdekte buhar şeklinde buharlaştıktan sonra türbinde çalışarak rotoru döndüren sudur.

Tanım: Termodinamik bir süreçte enerjinin, çalışma akışkanının hacmindeki bir değişiklikle, dış uzaydaki hareketi veya konumundaki bir değişiklikle ilişkili olarak bir vücuttan diğerine aktarılmasına denir. süreç çalışması .

Termodinamik sistem

Teknik termodinamik (t/d), ısının karşılıklı olarak işe dönüşme modellerini inceler. Isı ve soğutma makinelerinde meydana gelen termal, mekanik ve kimyasal işlemler arasındaki ilişkiyi kurar, gazlarda ve buharlarda meydana gelen işlemleri ve bu cisimlerin çeşitli fiziksel koşullar altındaki özelliklerini inceler.

Termodinamik, termodinamiğin iki temel yasasına (ilkesine) dayanmaktadır:

Termodinamiğin birinci yasası- enerjinin dönüşümü ve korunumu yasası;

Termodinamiğin II Yasası- Çok sayıda parçacıktan oluşan sistemlerde makroskobik süreçlerin ortaya çıkması ve yönü için koşulları belirler.

Temel yasaları ısıyı mekanik işe dönüştürme süreçlerine ve bunun tersini uygulayan teknik teknoloji, ısı motorları teorileri geliştirmeyi, bunlarda meydana gelen süreçleri incelemeyi vb. mümkün kılar.

Çalışmanın amacı termodinamik sistem, bu bir vücut grubu, bir vücut veya bir vücudun bir parçası olabilir. Sistemin dışında olana denir çevre. Bir T/D sistemi, birbirleriyle ve çevreyle enerji alışverişinde bulunan makroskobik cisimlerin bir koleksiyonudur. Örneğin: bir t/d sistemi, pistonlu bir silindirin içinde yer alan bir gazdır ve çevre, bir silindir, bir piston, hava ve oda duvarlarından oluşur.

İzole sistem - T/D sistemi çevre ile etkileşime girmez.

Adyabatik (ısı yalıtımlı) sistem - sistem, çevre ile ısı alışverişini (ısı alışverişi) hariç tutan adyabatik bir kabuğa sahiptir.

Homojen sistem - Tüm parçaları aynı bileşime ve fiziksel özelliklere sahip olan bir sistem.

Homojen sistem - İçinde arayüz bulunmayan (buz, su, gazlar) bileşim ve fiziksel yapı bakımından homojen bir sistem.

Heterojen sistem - birbirinden görünür arayüzlerle (buz ve su, su ve buhar) ayrılmış, farklı fiziksel özelliklere sahip birkaç homojen parçadan (fazdan) oluşan bir sistem.
Isı motorlarında (motorlar), çalışma sıvıları - gaz, buhar yardımıyla mekanik çalışma gerçekleştirilir.

Her sistemin özellikleri, genellikle termodinamik parametreler olarak adlandırılan bir dizi büyüklükle karakterize edilir. Bunlardan bazılarını, fizik dersinden bilinen moleküler kinetik kavramları kullanarak, kaybolacak kadar küçük boyutlara sahip, rastgele termal hareket halinde olan ve yalnızca çarpışmalar sırasında birbirleriyle etkileşime giren moleküllerin bir koleksiyonu olan ideal bir gazla ilgili olarak ele alalım.

Basınç, çalışma akışkanının moleküllerinin yüzey ile etkileşiminden kaynaklanır ve sayısal olarak, ikincisine normal olan vücut yüzeyinin birim alanı başına etki eden kuvvete eşittir. Moleküler kinetik teoriye uygun olarak gaz basıncı şu ilişkiyle belirlenir:

Nerede N- birim hacim başına molekül sayısı;

T— molekülün kütlesi; 2'den itibaren- moleküllerin öteleme hareketinin ortalama kare hızının kökü.

Uluslararası Birim Sisteminde (SI) basınç paskal cinsinden ifade edilir (1 Pa = 1 N/m2). Bu ünite küçük olduğundan 1 kPa = 1000 Pa ve 1 MPa = 10 6 Pa kullanmak daha uygundur.

Basınç, basınç göstergeleri, barometreler ve vakum göstergeleri kullanılarak ölçülür.

Sıvı ve yaylı basınç göstergeleri, toplam veya mutlak basınç arasındaki fark olan gösterge basıncını ölçer Rölçülen ortam ve atmosfer basıncı

P ATM, yani

Atmosferin altındaki basınçları ölçen aletlere vakum ölçer denir; okumaları vakum (veya vakum) değerini verir:

yani atmosfer basıncının mutlak basınçtan fazla olması.

Durum parametresinin mutlak basınç olduğuna dikkat edilmelidir. Termodinamik denklemlerin içerdiği şey budur.

Sıcaklıkfiziksel büyüklük denir, vücudun ısınma derecesini karakterize eder. Sıcaklık kavramı şu ifadeden kaynaklanmaktadır: Eğer iki sistem termal temas halindeyse, o zaman sıcaklıkları eşit değilse birbirleriyle ısı alışverişinde bulunacaklardır, ancak sıcaklıkları eşitse o zaman ısı alışverişi olmayacaktır.

Moleküler kinetik kavramlar açısından sıcaklık, moleküllerin termal hareketinin yoğunluğunun bir ölçüsüdür. Sayısal değeri, maddenin moleküllerinin ortalama kinetik enerjisiyle ilgilidir:

Nerede k- Boltzmann sabiti 1.380662.10'a eşit mi? 23J/K. Bu şekilde tanımlanan T sıcaklığına mutlak denir.

SI sıcaklığın birimi kelvindir (K); pratikte santigrat derece (°C) yaygın olarak kullanılmaktadır. Mutlak arasındaki ilişki T ve santigrat BEN sıcaklıklar şu şekle sahiptir

Endüstriyel ve laboratuvar koşullarında sıcaklık, sıvı termometreler, pirometreler, termokupllar ve diğer aletler kullanılarak ölçülür.

Spesifik hacim v— bir maddenin birim kütlesi başına hacmidir. Homojen bir kütle cismi ise M hacmi kaplıyor v, o zaman tanım gereği

v= V/M.

SI sisteminde özgül hacmin birimi 1 m 3 /kg'dır. Bir maddenin özgül hacmi ile yoğunluğu arasında açık bir ilişki vardır:

Aynı durumlardaki sistemleri karakterize eden miktarları karşılaştırmak için “normal fiziksel koşullar” kavramı ortaya atılmıştır:

P= 760 mmHg = 101,325 kPa; T= 273,15 K.

Farklı teknoloji dalları ve farklı ülkeler, örneğin “teknik” gibi verilenlerden biraz farklı olan kendi “normal koşullarını” uygulamaya koyarlar ( P= 735,6 mmHg. = 98kPa, T= 15°C) veya kompresör performansını değerlendirmek için normal koşullar ( P= 101,325 kPa, T= 20?) vb.

Eğer tüm termodinamik parametreler zaman içinde sabit ve sistemin her noktasında aynı ise sistemin bu durumuna denir. eş-yay.

Sistemdeki farklı noktalar arasında sıcaklık, basınç ve diğer parametrelerde farklılıklar varsa, o zaman dengesizlik. Böyle bir sistemde, parametre gradyanlarının etkisi altında, ısı akışları, maddeler ve diğerleri ortaya çıkar ve onu denge durumuna döndürmeye çalışır. Deneyim gösteriyor ki Yalıtılmış bir sistem zamanla her zaman bir denge durumuna ulaşır ve bu dengeyi hiçbir zaman kendiliğinden terk edemez. Klasik termodinamikte sadece denge sistemleri dikkate alınır.

Durum denklemi. Denge termodinamik sistemi için durum parametreleri arasında fonksiyonel bir ilişki vardır. durum denklemi. Deneyimler, gazlar, buharlar veya sıvılar olan en basit sistemlerin özgül hacminin, sıcaklığının ve basıncının birbiriyle ilişkili olduğunu göstermektedir. termal denklem görüş durumu:

Durum denklemine başka bir form verilebilir:

Bu denklemler, sistemin durumunu belirleyen üç ana parametreden herhangi ikisinin bağımsız olduğunu göstermektedir.

Termodinamik yöntemleri kullanarak problemleri çözmek için durum denklemini bilmek kesinlikle gereklidir. Ancak termodinamik çerçevesinde elde edilemez ve ya deneysel olarak ya da istatistiksel fizik yöntemleriyle bulunması gerekir. Durum denkleminin spesifik şekli, maddenin bireysel özelliklerine bağlıdır.

Termodinamik sistem- bu, çevreden gerçek veya hayali sınırlarla ayrılan maddi dünyanın bir parçasıdır ve termodinamiğin inceleme nesnesidir. Ortam hacim olarak çok daha büyüktür ve bu nedenle içindeki değişiklikler, sistemin durumundaki değişikliklerle karşılaştırıldığında önemsizdir. Bir veya daha fazla gövdeden oluşan mekanik sistemlerden farklı olarak, termodinamik sistem çok fazla sayıda parçacık içerir; bu da tamamen yeni özelliklerin ortaya çıkmasına neden olur ve bu tür sistemlerin durum ve davranışını tanımlamak için farklı yaklaşımlar gerektirir. Termodinamik sistem makroskobik nesne.

Termodinamik sistemlerin sınıflandırılması

1. Kompozisyona göre

Bir termodinamik sistem bileşenlerden oluşur. Bileşen - sistemden izole edilebilen ve onun dışında var olabilen bir maddedir; bileşenler bağımsız maddelerdir.

Tek bileşenli.

İki bileşenli veya ikili.

Üç bileşenli - üçlü.

Çok bileşenli.

2. Faz bileşimine göre– homojen ve heterojen

Homojen sistemler, başta sıcaklık, basınç, konsantrasyon olmak üzere sistemin herhangi bir noktasında aynı makroskobik özelliklere sahiptir ve ayrıca kırılma indisi, dielektrik sabiti, kristal yapı vb. gibi birçok başka özelliğe sahiptir. Homojen sistemler tek fazdan oluşur.

Faz sistemin homojen bir parçasıdır, diğer fazlardan bir arayüzle ayrılır ve kendi durum denklemiyle karakterize edilir. Toplamanın aşaması ve durumu örtüşen kavramlardır ancak aynı kavramlar değildir. Toplamanın yalnızca 4 durumu vardır; daha birçok aşama olabilir.

Heterojen Sistemler en az iki aşamadan oluşur.

3. Çevreyle ilişki türüne göre(çevre ile değişim imkanlarına göre).

İzole sistem çevreyle ne enerji ne de madde alışverişinde bulunur. Bu, prensipte deneysel olarak incelenemeyen idealleştirilmiş bir sistemdir.

Kapalı sistem çevreyle enerji alışverişinde bulunabilir, ancak madde alışverişinde bulunmaz.

Açık sistem hem enerji hem de madde alışverişi yapar

TDS durumu

TDS durumuölçülebilir tüm makroskopik özelliklerinin toplamıdır ve bu nedenle niceliksel bir ifadeye sahiptir. Özelliklerin makroskobik doğası, bunların yakın ikili yapıyı (T, p, V, c, U, nk) oluşturan tek tek parçacıklara değil, yalnızca bir bütün olarak sisteme atfedilebileceği anlamına gelir. Devletin niceliksel özellikleri birbiriyle bağlantılıdır. Bu nedenle, adı verilen minimum bir sistem özellikleri kümesi vardır. parametreler spesifikasyonu sistemin özelliklerini tam olarak tanımlamamıza olanak tanır. Bu parametrelerin sayısı sistemin tipine bağlıdır. En basit durumda, denge durumundaki kapalı bir homojen gaz sistemi için yalnızca 2 parametrenin ayarlanması yeterlidir. Açık bir sistem için sistemin bu 2 özelliğine ek olarak her bileşenin mol sayısının da belirtilmesi gerekir.

Termodinamik değişkenler ikiye ayrılır:

- harici, sistemin ortamdaki özellikleri ve koordinatları tarafından belirlenen ve sistemin çevre ile temaslarına bağlı olan, örneğin kütle ve bileşen sayısı, elektrik alan kuvveti, bu gibi değişkenlerin sayısı sınırlıdır;

- dahili, sistemin özelliklerini karakterize eden, örneğin yoğunluk, iç enerji, bu tür parametrelerin sayısı sınırsızdır;

- yaygın, sistemin kütlesiyle veya parçacık sayısıyla (örneğin hacim, enerji, entropi, ısı kapasitesi) doğru orantılı olan;

-yoğun, sıcaklık, basınç gibi sistemin kütlesine bağlı olmayanlar.

TDS parametreleri birbiriyle aşağıdaki ilişki adı verilen bir ilişkiyle ilişkilidir: denklem durumu sistemler. Genel görünümü F(p,V , T)= 0. FH'nin en önemli görevlerinden biri herhangi bir sistemin durum denklemini bulmaktır. Şu ana kadar kesin hal denklemi yalnızca ideal gazlar için biliniyordu (Clapeyron-Mendeleev denklemi).

pV = nRT, ( 1.1)

Nerede R– evrensel gaz sabiti = 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. Gerçek gazlar bu denklemle yalnızca yaklaşık olarak tanımlanır ve basınç ne kadar yüksek ve sıcaklık ne kadar düşük olursa, bu durum denkleminden sapma da o kadar büyük olur.

Ayırt etmek denge Ve dengesizlik TDS'nin durumu.

Klasik termodinamik genellikle yakın ikili sistemlerin denge durumlarının dikkate alınmasıyla sınırlıdır. Denge - bu, TDS'nin kendiliğinden geldiği ve dış etkilerin yokluğunda süresiz olarak var olabileceği durumdur. Denge durumunu belirlemek için her zaman dengesiz sistemlere göre daha az sayıda parametre gerekir.

Denge durumu ikiye ayrılır:

- sürdürülebilir(kararlı) durum; son derece küçük bir etkinin yalnızca son derece küçük bir durum değişikliğine neden olduğu ve bu etki ortadan kaldırıldığında sistemin orijinal durumuna geri döndüğü (kararlı) durum;

- yarı kararlı bazı nihai etkilerin, bu etkiler ortadan kaldırıldığında kaybolmayan son durum değişikliklerine neden olduğu bir durumdur.

Termodinamik değişkenlerden en az birindeki değişiklikle ilişkili olarak yakın cisim sisteminin durumundaki değişikliğe denir. termodinamik süreç. Termodinamik süreçlerin tanımının bir özelliği, bunların özelliklerdeki değişim oranlarıyla değil, değişikliklerin büyüklüğüyle karakterize edilmesidir. Termodinamikte bir süreç, bir sistemin başlangıçtaki termodinamik parametreler kümesinden sonuncusuna kadar giden durumların bir dizisidir. Aşağıdaki termodinamik süreçler ayırt edilir:

- kendiliğinden, uygulanması için enerji harcamanıza gerek olmayan;

- kendiliğinden olmayan, yalnızca enerji harcandığında meydana gelir;

- geri döndürülemez(veya dengesizlik) - sürecin bir sonucu olarak sistemi orijinal durumuna döndürmek mümkün olmadığında.

-geri dönüşümlü - bunlar aynı ara durumlardan ileri ve geri geçen idealleştirilmiş süreçlerdir ve döngü tamamlandıktan sonra ne sistemde ne de ortamda herhangi bir değişiklik gözlenmez.

Durum işlevleri– bunlar yalnızca durumun parametrelerine bağlı olan ancak bunu başarma yöntemine bağlı olmayan sistemin özellikleridir.

Durum fonksiyonları aşağıdaki özelliklerle karakterize edilir:

Sonsuz küçük fonksiyon değişikliği F toplam bir diferansiyeldir df;

Durum 1'den durum 2'ye geçiş sırasında fonksiyondaki değişiklik yalnızca bu durumlar tarafından belirlenir ∫ sd = f 2 – f 1

Herhangi bir döngüsel sürecin sonucu olarak durum fonksiyonu değişmez; sıfıra eşittir.

Isı ve iş– RDS ile çevre arasındaki enerji alışverişi yöntemleri. Isı ve iş bir sürecin özellikleridir; durumun işlevleri değildir.

İş- Bir nesnenin yönlendirilmiş hareketi meydana geldiğinde makroskobik düzeyde bir enerji alışverişi biçimi. İş, sistem tarafından dış kuvvetlere karşı yapılıyorsa pozitif kabul edilir.

Sıcaklık– mikroskobik düzeyde bir enerji alışverişi biçimi, yani moleküllerin kaotik hareketinde bir değişiklik şeklinde. Genel olarak sistemin aldığı ısının ve üzerinde yapılan işin pozitif olduğu kabul edilir. “Egoist prensip” işliyor .

Özellikle termodinamikte en yaygın kullanılan enerji ve iş birimleri SI joule (J) ve sistemik olmayan birim kaloridir (1 cal = 4,18 J).

Nesnenin doğasına bağlı olarak farklı çalışma türleri ayırt edilir:

1. Mekanik - vücut hareketi

dA fur = - F ex dl.(2.1)

İş, kuvvet ve yer değiştirmenin 2 vektörünün skaler çarpımıdır;

|dA kürk | = F dl çünküα. Dış kuvvetin yönü iç kuvvetlerin yaptığı hareketin tersi ise, o zaman çünküα < 0.

2. Uzatma işlemi (gaz genleşmesi çoğunlukla dikkate alınır)

dA = - p dV (1.7)

Ancak bu ifadenin yalnızca tersinir bir süreç için geçerli olduğunu unutmamak gerekir.

3. Elektrik – elektrik yüklerinin hareketi

dA el = -jdq,(2.2)

Nerede J- elektrik potansiyeli.

4. Yüzeysel – yüzey alanında değişiklik,

dA yüzeyi = -sdS,(2.3)

Nerede S- yüzey gerilimi.

5. İşe ilişkin genel ifade

dA = - Ydx,(2.4)

e– genelleştirilmiş kuvvet, dx- genelleştirilmiş koordinat, dolayısıyla iş şu şekilde düşünülebilir: yoğun bir faktör ile kapsamlı bir faktördeki değişimin ürünüdür.

6. Genişletme işi dışındaki tüm iş türlerine denir kullanışlı iş (dA'). dA = рdV + dА’ (2,5)

7. Benzetme yoluyla kavramı tanıtabiliriz kimyasal yönde hareket ederken çalışın k-inci kimyasal madde, nk– kapsamlı özellik, yoğun parametre ise mk kimyasal potansiyel denir k-inci madde

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

Tanım 1

Termodinamik sistem, her zaman birbirleriyle ve diğer elementlerle etkileşime giren ve onlarla enerji alışverişinde bulunan makroskobik fiziksel cisimlerin bir koleksiyonu ve sabitliğidir.

Termodinamikte, genellikle bir sistemi, her bir elemanı tanımlamak için makroskobik göstergelerin kullanımını gerektirmeyen, çok sayıda parçacıktan oluşan makroskobik bir fiziksel form olarak anlarlar. Bu tür kavramların kurucu bileşenleri olan maddi cisimlerin doğasında belirli bir kısıtlama yoktur. Atomlar, moleküller, elektronlar, iyonlar ve fotonlar olarak temsil edilebilirler.

Termodinamik sistemler üç ana tipte gelir:

izole edilmiş - çevreyle madde veya enerji alışverişi yoktur;
kapalı - vücut çevre ile bağlantılı değildir;
açık - dış alanla hem enerji hem de kütle alışverişi vardır.

Herhangi bir termodinamik sistemin enerjisi, sistemin konumu ve hareketine bağlı olan enerjinin yanı sıra, kavramı oluşturan mikropartiküllerin hareketi ve etkileşimi ile belirlenen enerjiye de bölünebilir. İkinci kısım fizikte sistemin iç enerjisi olarak adlandırılır.

Termodinamik sistemlerin özellikleri

Şekil 1. Termodinamik sistem türleri. Author24 - öğrenci çalışmalarının çevrimiçi değişimi

Not 1

Termodinamikteki sistemlerin ayırt edici özellikleri, mikroskop ve teleskop kullanılmadan gözlemlenen herhangi bir nesne olabilir.

Böyle bir konseptin tam bir tanımını sağlamak için, basıncı, hacmi, sıcaklığı, manyetik indüksiyonu, elektriksel polarizasyonu, kimyasal bileşimi ve hareketli bileşenlerin kütlesini doğru bir şekilde belirlemenin mümkün olduğu makroskobik ayrıntıların seçilmesi gerekir.

Herhangi bir termodinamik sistem için onları ortamdan ayıran koşullu veya gerçek sınırlar vardır. Bunun yerine, genellikle analiz edilen konseptle ısı değişimi durumunda sıcaklık parametresinin değişmeden kalacağı kadar yüksek bir ısı kapasitesi ile karakterize edilen bir termostat konseptini göz önünde bulundururlar.

Bir termodinamik sistemin çevre ile etkileşiminin genel doğasına bağlı olarak, aşağıdakileri ayırt etmek gelenekseldir:

dış çevreyle madde veya enerji alışverişi yapmayan izole türler;
adyabatik olarak izole edilmiş - dış çevre ile madde alışverişi yapmayan, ancak enerji alışverişine giren sistemler;
kapalı sistemler - maddeyle alışveriş yapmayanlar, iç enerjinin değerinde yalnızca hafif bir değişikliğe izin verilir;
açık sistemler - enerji ve maddenin tam aktarımı ile karakterize edilenler;
kısmen açık - yarı geçirgen bölmelere sahiptir, bu nedenle malzeme alışverişine tam olarak katılmazlar.

Formülasyona bağlı olarak termodinamik kavramın anlamı basit ve karmaşık seçeneklere ayrılabilir.

Termodinamikte sistemlerin iç enerjisi

Şekil 2. Bir termodinamik sistemin iç enerjisi. Author24 - öğrenci çalışmalarının çevrimiçi değişimi

Not 2

Doğrudan sistemin kütlesine bağlı olan ana termodinamik göstergeler iç enerjiyi içerir.

Temel madde parçacıklarının hareketinden kaynaklanan kinetik enerjiyi ve ayrıca moleküllerin birbirleriyle etkileşimi sırasında ortaya çıkan potansiyel enerjiyi içerir. Bu parametre her zaman açıktır. Yani, iç enerjinin anlamı ve gerçekleşmesi, kavram arzu edilen durumda olduğunda, bu konuma hangi yöntem ile ulaşıldığına bakılmaksızın sabittir.

Enerji dönüşümleri sırasında kimyasal bileşimi değişmeyen sistemlerde, iç enerjiyi belirlerken yalnızca malzeme parçacıklarının termal hareketinin enerjisini hesaba katmak önemlidir.

Termodinamikte böyle bir sistemin güzel bir örneği ideal bir gazdır. Serbest enerji, bir fiziksel bedenin izotermal tersinir bir süreçte yapabileceği belirli bir iş miktarıdır veya serbest enerji, önemli bir iç enerji kaynağına sahip olan bir konseptin gerçekleştirebileceği mümkün olan maksimum fonksiyoneli temsil eder. Sistemin iç enerjisi bağlı ve serbest gerilimlerin toplamına eşittir.

Tanım 2

Bağlı enerji, iç enerjinin bağımsız olarak işe dönüşemeyen kısmıdır - bu, iç enerjinin değeri düşürülmüş bir unsurudur.

Aynı sıcaklıkta, bu parametre artan entropi ile artar. Dolayısıyla bir termodinamik sistemin entropisi, başlangıç enerjisinin sağlanmasının bir ölçüsüdür. Termodinamikte başka bir tanım daha vardır; kararlı, izole edilmiş bir sistemde enerji kaybı

Tersine çevrilebilir bir süreç, hem ileri hem de geri yönde hızla ilerleyebilen, aynı ara konumlardan geçen, konseptin sonunda iç enerji harcamadan orijinal durumuna geri döndüğü ve çevrede hiçbir makroskobik değişiklik kalmayan termodinamik bir süreçtir. uzay.

Tersinir süreçler maksimum iş üretir. Uygulamada sistemden en iyi sonuçların alınması mümkün değildir. Bu, son derece yavaş ilerleyen ve yalnızca kısa mesafelerde yaklaşılabilen, tersine çevrilebilir olaylara teorik bir önem verir.

Tanım 3

Bilimde geri dönüşü olmayan, aynı ara durumlar aracılığıyla ters yönde gerçekleştirilemeyen bir süreçtir.

Tüm gerçek olaylar her durumda geri döndürülemez. Bu tür etkilerin örnekleri termal difüzyon, difüzyon, viskoz akış ve termal iletimdir. Makroskobik hareketin kinetik ve iç enerjisinin sürekli sürtünme yoluyla ısıya, yani sistemin kendisine geçişi geri dönüşü olmayan bir süreçtir.

Sistem Durumu Değişkenleri

Herhangi bir termodinamik sistemin durumu, karakteristiklerinin veya özelliklerinin mevcut kombinasyonu ile belirlenebilir. Sadece zamanın belirli bir noktasında tam olarak belirlenen ve kavramın tam olarak bu konuma nasıl geldiğine bağlı olmayan tüm yeni değişkenlere, durumun termodinamik parametreleri veya uzayın temel fonksiyonları denir.

Termodinamikte, değişken değerleri sabit kalıyorsa ve zamanla değişmiyorsa bir sistemin durağan olduğu kabul edilir. Durağan durum için seçeneklerden biri termodinamik dengedir. Konseptteki herhangi bir değişiklik, hatta en önemsiz değişiklik bile zaten fiziksel bir süreçtir, dolayısıyla bir ila birkaç değişken durum göstergesi içerebilir. Bir sistemin durumlarının sistematik olarak birbirine dönüştüğü diziye “süreç yolu” denir.

Ne yazık ki, terimler ve ayrıntılı açıklamalarla ilgili kafa karışıklığı hala mevcuttur, çünkü termodinamikteki aynı değişken ya bağımsız olabilir ya da sistemin birçok fonksiyonunun aynı anda eklenmesinin sonucu olabilir. Bu nedenle “durum parametresi”, “durum fonksiyonu”, “durum değişkeni” gibi terimler bazen eşanlamlı olarak değerlendirilebilmektedir.