Rovnak? syst?m m??e by? v r?znych stavoch. Ka?d? stav syst?mu je charakterizovan? ur?it?m s?borom hodn?t termodynamick?ch parametrov. Termodynamick? parametre zah??aj? teplotu, tlak, hustotu, koncentr?ciu at?. Zmena aspo? jedn?ho termodynamick?ho parametra vedie k zmene stavu syst?mu ako celku. Ke? s? termodynamick? parametre kon?tantn? vo v?etk?ch bodoch syst?mu (objemu), naz?va sa termodynamick? stav syst?mu rovnov?ha.

Rozli?ova? homog?nne A heterog?nne syst?mov. Homog?nne syst?my pozost?vaj? z jednej f?zy, heterog?nne syst?my pozost?vaj? z dvoch alebo viacer?ch f?z. F?za – Je to ?as? syst?mu, homog?nna vo v?etk?ch bodoch zlo?enia a vlastnost? a oddelen? od ostatn?ch ?ast? syst?mu rozhran?m. Pr?kladom homog?nneho syst?mu je vodn? roztok. Ak je v?ak roztok nas?ten? a na dne n?doby s? kry?t?ly soli, potom je uva?ovan? syst?m heterog?nny (existuje f?zov? rozhranie). ?al??m pr?kladom homog?nneho syst?mu je jednoduch? voda, ale voda s ?adom pl?vaj?cim v nej je heterog?nny syst?m.

Aby sme kvantitat?vne op?sali spr?vanie termodynamick?ho syst?mu, uv?dzame stavov? parametre - veli?iny, ktor? jednozna?ne ur?uj? stav syst?mu v danom ?asovom bode. Parametre stavu mo?no zisti? len na z?klade sk?senost?. Termodynamick? pr?stup vy?aduje, aby sa dali mera? empiricky pomocou makroskopick?ch pr?strojov. Po?et parametrov je ve?k?, ale nie v?etky s? pre termodynamiku v?znamn?. V najjednoduch?om pr?pade mus? ma? ka?d? termodynamick? syst?m ?tyri makroskopick? parametre: hmotnos? M, objem V, tlak p a teplotu T. Prv? tri z nich s? definovan? celkom jednoducho a s? dobre zn?me z kurzu fyziky.

V 17. – 19. storo?? boli sformulovan? experiment?lne z?kony ide?lnych plynov. V kr?tkosti si ich pripome?me. Ide?lne plynov? izoprocesy – procesy, v ktor?ch jeden z parametrov zost?va nezmenen?. 1. Izochorick? proces . Karolov z?kon. V = kon?t. Izochorick? proces naz?van? proces, ktor? nast?va, ke? kon?tantn? objem V. Spr?vanie plynu v tomto izochorickom procese sa riadi Charlesov z?kon : Pri kon?tantnom objeme a kon?tantn?ch hodnot?ch hmotnosti plynu a jeho mol?rnej hmotnosti zost?va pomer tlaku plynu k jeho absol?tnej teplote kon?tantn?: P/T= kon?t. Graf izochorick?ho procesu na PV- diagram sa naz?va izoch?ra . Je u?ito?n? pozna? graf izochorick?ho procesu na RT- A VT-diagramy (obr. 1.6). Rovnica izoch?r: kde P 0 je tlak pri 0 °C, a je teplotn? koeficient tlaku plynu rovn? 1/273 deg -1. Graf takejto z?vislosti na Рt-diagram m? tvar zn?zornen? na obr?zku 1.7. Ry?a. 1.7 2. Izobarick? proces. Gay-Lussacov z?kon. R= kon?t. Izobarick? proces je proces, ktor? sa vyskytuje pri kon?tantnom tlaku P . Spr?vanie plynu po?as izobarick?ho procesu sa riadi Gay-Lussacov z?kon : Pri kon?tantnom tlaku a kon?tantn?ch hodnot?ch hmotnosti plynu a jeho mol?rnej hmotnosti zost?va pomer objemu plynu k jeho absol?tnej teplote kon?tantn?: V/T= kon?t. Graf izobarick?ho procesu na VT- diagram sa naz?va izobara . Je u?ito?n? pozna? grafy izobarick?ho procesu na PV- A RT-diagramy (obr. 1.8). Ry?a. 1.8 Izobarov? rovnica: kde a = 1/273 stup?a -1 - teplotn? koeficient objemovej roz?a?nosti. Graf takejto z?vislosti na Vt diagram m? podobu zn?zornen? na obr?zku 1.9. Ry?a. 1.9 3. Izotermick? proces. Boyle-Mariottov z?kon. T= kon?t. Izotermick? proces je proces, ktor? nast?va, ke? kon?tantn? teplota T. Spr?vanie ide?lneho plynu po?as izotermick?ho procesu sa riadi Boyle-Mariottov z?kon: Pri kon?tantnej teplote a kon?tantn?ch hodnot?ch hmotnosti plynu a jeho mol?rnej hmotnosti zost?va s??in objemu plynu a jeho tlaku kon?tantn?: PV= kon?t. Graf izotermick?ho procesu na PV- diagram sa naz?va izoterma . Je u?ito?n? pozna? grafy izotermick?ho procesu na VT- A RT-diagramy (obr. 1.10). Ry?a. 1.10 Rovnica izotermy: (1.4.5) 4. Adiabatick? proces (izentropick?): Adiabatick? proces je termodynamick? proces, ktor? prebieha bez v?meny tepla s prostred?m. 5. Polytropn? proces. Proces, pri ktorom tepeln? kapacita plynu zost?va kon?tantn?. Polytropn? proces je v?eobecn?m pr?padom v?etk?ch vy??ie uveden?ch procesov. 6. Avogadrov z?kon. Pri rovnak?ch tlakoch a rovnak?ch teplot?ch obsahuj? rovnak? objemy r?znych ide?lnych plynov rovnak? po?et molek?l. Jeden mol r?znych l?tok obsahuje NA= 6,02-10 23 molekuly (Avogadrove ??slo). 7. Daltonov z?kon. Tlak zmesi ide?lnych plynov sa rovn? s??tu parci?lnych tlakov P plynov, ktor? s? v nej obsiahnut?: 8. Spojen?ho plyn?rensk?ho z?kona (Clapeyronov z?kon). V s?lade so z?konmi Boyle-Mariotte (1.4.5) a Gay-Lussac (1.4.3) m??eme dospie? k z?veru, ?e pre dan? hmotnos? plynu

zmesi plynov. Ako pr?klad m??eme uvies? produkty spa?ovania paliva v spa?ovac?ch motoroch, peciach pec? a parn?ch kotlov, vlhk? vzduch v su?iar?ach at?.

Z?kladn?m z?konom, ktor? ur?uje spr?vanie zmesi plynov, je Daltonov z?kon: celkov? tlak zmesi ide?lnych plynov sa rovn? s??tu parci?lnych tlakov v?etk?ch jej zlo?iek:

?iasto?n? tlak pi- tlak, ktor? by mal plyn, keby s?m pri rovnakej teplote zaberal cel? objem zmesi.

Met?dy ?pecifik?cie zmesi. Zlo?enie plynnej zmesi je mo?n? ?pecifikova? pod?a hmotnosti, objemu alebo mol?rnych podielov.

Hmotnostn? zlomok sa naz?va pomer hmotnosti jednotlivej zlo?ky Mi, k hmotnosti zmesi M:

Je zrejm?, ?e .

Hmotnostn? zlomky sa ?asto uv?dzaj? ako percent?. Napr?klad pre such? vzduch; .

Objemov? zlomok je pomer redukovan?ho objemu plynu V k celkov?mu objemu zmesi V: .

Dan? je objem, ktor? by zabrala zlo?ka plynu, keby sa jej tlak a teplota rovnali tlaku a teplote zmesi.

Na v?po?et zmen?en?ho objemu nap??eme dve stavov? rovnice i-t? zlo?ka:

Prv? rovnica sa t?ka stavu plynnej zlo?ky v Zmesi, ke? m? parci?lny tlak pi a zaber? cel? objem zmesi a druh? rovnica - do redukovan?ho stavu, ke? s? tlak a teplota zlo?ky rovnak?, ako pre zmes, r A T. Z rovn?c to vypl?va

Po s??tan? vz?ahu (2.2) pre v?etky zlo?ky zmesi dostaneme, ber?c do ?vahy Daltonov z?kon, odkia?. Objemov? zlomky sa tie? ?asto uv?dzaj? ako percent?. Pre vzduch, .

Niekedy je vhodnej?ie ?pecifikova? zlo?enie zmesi v mol?rnych frakci?ch. Molov? zlomok sa naz?va pomer po?tu m?lov Ni podielu pr?slu?nej zlo?ky na celkov? po?et m?lov zmesi N.

Nechajte zmes plynov pozost?va? z N1 m?ly prvej zlo?ky, N2 m?lov druhej zlo?ky at?. Po?et m?lov zmesi a m?lov? zlomok zlo?ky sa bud? rovna? .

V s?lade s Avogadrov?m z?konom s? objemy m?lu ak?hoko?vek plynu s??asne r A T, najm? pri teplote a tlaku zmesi v ide?lnom plynnom stave rovnak?. Preto sa zn??en? objem ktorejko?vek zlo?ky m??e vypo??ta? ako s??in objemu m?lu po?tom m?lov tejto zlo?ky, t.j. objemu zmesi - pod?a vzorca. Potom, a teda, ?pecifik?cia zmie?avac?ch plynov v mol?rnych frakci?ch sa rovn? ?pecifik?cii ich objemov?ch frakci?.

Plynov? kon?tanta zmesi plynov. S??tom rovn?c (2.1) pre v?etky zlo?ky zmesi dostaneme . Ber?c do ?vahy, m??eme p?sa?

Celkov? energia termodynamick?ho syst?mu je s??tom kinetickej energie pohybu v?etk?ch telies zahrnut?ch v syst?me, potenci?lnej energie ich vz?jomn?ho p?sobenia a interakcie s vonkaj??mi telesami a energie obsiahnutej v teles?ch syst?mu. Ak od celkovej energie odpo??tame kinetick? energiu, ktor? charakterizuje makroskopick? pohyb syst?mu ako celku, a potenci?lnu energiu interakcie jeho telies s vonkaj??mi makroskopick?mi telesami, potom zvy?n? ?as? bude predstavova? vn?torn? energiu termodynamick?ho syst?mu. .
Vn?torn? energia termodynamick?ho syst?mu zah??a energiu mikroskopick?ho pohybu a interakcie ?ast?c syst?mu, ako aj ich intramolekul?rne a intranukle?rne energie.
Celkov? energia syst?mu (a n?sledne vn?torn? energia), ako aj potenci?lna energia telesa v mechanike, m??e by? ur?en? a? do ?ubovo?nej kon?tanty. Ak teda ch?baj? ak?ko?vek makroskopick? pohyby v syst?me a jeho interakcie s vonkaj??mi telesami, m??eme „makroskopick?“ zlo?ky kinetick?ch a potenci?lnych energi? pova?ova? za rovn? nule a pova?ova? vn?torn? energiu syst?mu za rovn? jeho celkovej energii. T?to situ?cia nast?va, ke? je syst?m v stave termodynamickej rovnov?hy.
Uve?me charakteristiku stavu termodynamickej rovnov?hy - teplotu. Toto je n?zov veli?iny, ktor? z?vis? od parametrov stavu, napr?klad od tlaku a objemu plynu, a je funkciou vn?tornej energie syst?mu. T?to funkcia m? zvy?ajne monot?nnu z?vislos? od vn?tornej energie syst?mu, to znamen?, ?e rastie so zvy?uj?cou sa vn?tornou energiou.
Teplota termodynamick?ch syst?mov v rovnov??nom stave m? tieto vlastnosti:
Ak s? dva rovnov??ne termodynamick? syst?my v tepelnom kontakte a maj? rovnak? teplotu, potom je celkov? termodynamick? syst?m v stave termodynamickej rovnov?hy pri rovnakej teplote.
Ak m? ktor?ko?vek rovnov??ny termodynamick? syst?m rovnak? teplotu ako dva in? syst?my, potom s? tieto tri syst?my v termodynamickej rovnov?he pri rovnakej teplote.
Teplota je teda mierou stavu termodynamickej rovnov?hy. Na zavedenie tohto opatrenia je vhodn? zavies? pojem prenos tepla.
Prenos tepla je prenos energie z jedn?ho telesa do druh?ho bez prenosu hmoty alebo vykonania mechanickej pr?ce.
Ak nedoch?dza k prenosu tepla medzi telesami, ktor? s? medzi sebou v tepelnom kontakte, potom maj? teles? rovnak? teploty a s? navz?jom v stave termodynamickej rovnov?hy.
Ak v izolovanom syst?me pozost?vaj?com z dvoch telies maj? tieto teles? r?znu teplotu, potom sa prenos tepla uskuto?n? tak, ?e sa energia prenesie z viac zohriateho telesa na menej zohriate. Tento proces bude pokra?ova?, k?m sa teploty telies nevyrovnaj? a izolovan? syst?m dvoch telies nedosiahne stav termodynamickej rovnov?hy.
Aby do?lo k procesu prenosu tepla, je potrebn? vytvori? tepeln? toky, to znamen?, ?e je potrebn? v?stup zo stavu tepelnej rovnov?hy. Preto rovnov??na termodynamika nepopisuje proces prenosu tepla, ale len jeho v?sledok – prechod do nov?ho rovnov??neho stavu. Samotn? proces prenosu tepla je pop?san? v ?iestej kapitole venovanej fyzik?lnej kinetike.
Na z?ver je potrebn? poznamena?, ?e ak m? jeden termodynamick? syst?m vy??iu teplotu ako in?, potom nemus? ma? nutne v???iu vn?torn? energiu, a to aj napriek n?rastu vn?tornej energie ka?d?ho syst?mu so zvy?uj?cou sa jeho teplotou. Napr?klad v???? objem vody m??e ma? viac vn?tornej energie, dokonca aj pri ni??ej teplote, ako men?? objem vody. V tomto pr?pade v?ak ned?jde k prenosu tepla (prenosu energie) z telesa s v???ou vn?tornou energiou do telesa s men?ou vn?tornou energiou.

Pozrime sa na vlastnosti termodynamick?ch syst?mov. Zvy?ajne sa ch?pu ako fyzik?lne makroskopick? formy pozost?vaj?ce z v?znamn?ho po?tu ?ast?c, ktor? neznamenaj? pou?itie ka?dej jednotlivej ?astice na opis makroskopick?ch charakterist?k.

Neexistuj? ?iadne obmedzenia t?kaj?ce sa povahy ?ast?c materi?lu, ktor? s? z?kladn?mi zlo?kami tak?chto syst?mov. M??u by? prezentovan? vo forme molek?l, at?mov, i?nov, elektr?nov, fot?nov.

Zvl??tnosti

Analyzujme charakteristick? vlastnosti termodynamick?ch syst?mov. Pr?kladom je ak?ko?vek objekt, ktor? mo?no pozorova? bez pou?itia ?alekoh?adov alebo mikroskopov. Pre ?pln? popis tak?hoto syst?mu s? vybran? makroskopick? detaily, v?aka ktor?m je mo?n? ur?i? objem, tlak, teplotu, elektrick? polariz?ciu, magnetick? indukciu, chemick? zlo?enie a hmotnos? komponentov.

Pre ak?ko?vek termodynamick? syst?my existuj? podmienen? alebo skuto?n? hranice, ktor? ich odde?uj? od prostredia. Namiesto toho sa ?asto pou??va koncept termostatu, ktor? sa vyzna?uje takou vysokou tepelnou kapacitou, ?e v pr?pade v?meny tepla s analyzovan?m syst?mom zost?va indik?tor teploty nezmenen?.

Klasifik?cia syst?mu

Uva?ujme, ak? je klasifik?cia termodynamick?ch syst?mov. V z?vislosti od povahy jeho interakcie s prostred?m je obvykl? rozli?ova?:

• izolovan? druhy, ktor? si nevymie?aj? hmotu ani energiu s vonkaj??m prostred?m;
• adiabaticky izolovan?, nevymie?a si hmotu s vonkaj??m prostred?m, ale vstupuje do v?meny pr?ce alebo energie;
• V uzavret?ch termodynamick?ch syst?moch nedoch?dza k v?mene hmoty, s? povolen? len zmeny mno?stva energie;
• otvoren? syst?my sa vyzna?uj? ?pln?m prenosom energie a hmoty;
• ?iasto?ne otvoren? m??u ma? polopriepustn? prie?ky, a preto sa plne nez??ast?uj? na v?mene materi?lu.

V z?vislosti od popisu mo?no parametre termodynamick?ho syst?mu rozdeli? na zlo?it? a jednoduch? mo?nosti.

Vlastnosti jednoduch?ch syst?mov

Jednoduch? syst?my sa naz?vaj? rovnov??ne stavy, ktor?ch fyzik?lny stav mo?no ur?i? ?pecifick?m objemom, teplotou a tlakom. Pr?kladmi termodynamick?ch syst?mov tohto typu s? izotropn? teles?, ktor? maj? rovnak? charakteristiky v r?znych smeroch a bodoch. Kvapaliny, plynn? l?tky, pevn? l?tky, ktor? s? v stave termodynamickej rovnov?hy, teda nie s? vystaven? elektromagnetick?m a gravita?n?m sil?m, povrchov?mu nap?tiu a chemick?m premen?m. Anal?za jednoduch?ch telies sa v termodynamike pova?uje za d?le?it? a relevantn? z praktick?ho aj teoretick?ho h?adiska.

Vn?torn? energia termodynamick?ho syst?mu tohto typu je spojen? s okolit?m svetom. Pri popise sa pou??va po?et ?ast?c a hmotnos? l?tky ka?dej jednotlivej zlo?ky.

Komplexn? syst?my

Komplexn? termodynamick? syst?my zah??aj? termodynamick? syst?my, ktor? nespadaj? pod jednoduch? typy. S? to napr?klad magnety, dielektrik?, pevn? elastick? teles?, supravodi?e, f?zov? rozhrania, tepeln? ?iarenie a elektrochemick? syst?my. Ako parametre pou??van? na ich opis si v?imneme elasticitu pru?iny alebo ty?e, f?zov? rozhranie a tepeln? ?iarenie.

Fyzik?lny syst?m je s?bor, v ktorom nedoch?dza k chemickej interakcii medzi l?tkami v medziach teploty a tlaku vybran?ch na v?skum. A chemick? syst?my s? tie mo?nosti, ktor? zah??aj? interakciu medzi jeho jednotliv?mi zlo?kami.

Vn?torn? energia termodynamick?ho syst?mu z?vis? od jeho izol?cie od vonkaj?ieho sveta. Napr?klad ako variant adiabatickej ?krupiny si mo?no predstavi? Dewarovu n?dobu. Homog?nny charakter sa prejavuje v syst?me, v ktorom maj? v?etky zlo?ky podobn? vlastnosti. Pr?kladmi s? plynn?, tuh? a kvapaln? roztoky. Typick?m pr?kladom plynnej homog?nnej f?zy je zemsk? atmosf?ra.

Vlastnosti termodynamiky

T?to ?as? vedy sa zaober? ?t?diom z?kladn?ch vzorcov procesov, ktor? s? spojen? s uvo??ovan?m a absorpciou energie. Chemick? termodynamika zah??a ?t?dium vz?jomn?ch premien jednotliv?ch ?ast? syst?mu, stanovenie vzorcov prechodu jedn?ho typu energie na in? za dan?ch podmienok (tlak, teplota, objem).

Syst?m, ktor? je predmetom termodynamick?ho v?skumu, m??e by? reprezentovan? vo forme ak?hoko?vek pr?rodn?ho objektu, vr?tane ve?k?ho po?tu molek?l, ktor? s? oddelen? rozhran?m s in?mi re?lnymi objektmi. Stav syst?mu znamen? s?hrn jeho vlastnost?, ktor? ho umo??uj? ur?i? z h?adiska termodynamiky.

Z?ver

V ka?dom syst?me sa pozoruje prechod z jedn?ho typu energie na druh? a nastol? sa termodynamick? rovnov?ha. Osobitn? v?znam m? ?as? fyziky, ktor? sa zaober? podrobn?m ?t?diom premien, zmien a zachovania energie. Napr?klad v chemickej kinetike je mo?n? nielen op?sa? stav syst?mu, ale aj vypo??ta? podmienky, ktor? prispievaj? k jeho posunutiu v po?adovanom smere.

Hessov z?kon, ktor? d?va do s?visu entalpiu a entropiu uva?ovanej transform?cie, umo??uje identifikova? mo?nos? spont?nnej reakcie a vypo??ta? mno?stvo tepla uvo?nen?ho (absorbovan?ho) termodynamick?m syst?mom.

Termoch?mia, zalo?en? na z?kladoch termodynamiky, m? praktick? v?znam. V?aka tomuto ?seku ch?mie sa vo v?robe vykon?vaj? predbe?n? v?po?ty palivovej ??innosti a realizovate?nosti zavedenia ur?it?ch technol?gi? do skuto?nej v?roby. Inform?cie z?skan? z termodynamiky umo??uj? aplikova? javy elasticity, termoelektriky, viskozity a magnetiz?cie pre priemyseln? v?robu r?znych materi?lov.

Strana 1

Termodynamick? syst?m, ako ka?d? in? fyzik?lny syst?m, m? ur?it? mno?stvo energie, ktor? sa zvy?ajne naz?va vn?torn? energia syst?mu.

Termodynamick? syst?m sa naz?va izolovan?, ak si nem??e vymie?a? energiu ani hmotu s vonkaj??m prostred?m. Pr?kladom tak?hoto syst?mu je plyn uzavret? v n?dobe s kon?tantn?m objemom. Termodynamick? syst?m sa naz?va adiabatick?, ak si nem??e vymie?a? energiu s in?mi syst?mami v?menou tepla.

Termodynamick? syst?m je s?bor telies, ktor? si v tej ?i onej miere m??u vymie?a? energiu a hmotu medzi sebou a prostred?m.

Termodynamick? syst?my sa delia na uzavret?, ktor? nevymie?aj? hmotu s in?mi syst?mami, a otvoren?, ktor? si vymie?aj? hmotu a energiu s in?mi syst?mami. V pr?padoch, ke? si syst?m nevymie?a energiu a hmotu s in?mi syst?mami, sa naz?va izolovan? a ke? nedoch?dza k v?mene tepla, syst?m sa naz?va adiabatick?.

Termodynamick? syst?my m??u pozost?va? zo zmes? ?ist?ch l?tok. Zmes (roztok) sa naz?va homog?nna, ke? chemick? zlo?enie a fyzik?lne vlastnosti v ak?chko?vek mal?ch ?asticiach s? rovnak? alebo sa plynule menia z jedn?ho bodu syst?mu do druh?ho. Hustota, tlak a teplota homog?nnej zmesi s? v ka?dom bode rovnak?. Pr?kladom homog?nneho syst?mu je ur?it? objem vody, ktorej chemick? zlo?enie je rovnak?, ale fyzik?lne vlastnosti sa v jednotliv?ch bodoch l??ia.

Termodynamick? syst?m s ur?it?m kvantitat?vnym pomerom zlo?iek sa naz?va jedin? fyzik?lno-chemick? syst?m.

Termodynamick? syst?my (makroskopick? teles?) maj? spolu s mechanickou energiou E aj vn?torn? energiu U, ktor? z?vis? od teploty, objemu, tlaku a in?ch termodynamick?ch parametrov.

Termodynamick? syst?m sa naz?va neizolovan? alebo otvoren?, ak m??e prij?ma? alebo odovzd?va? teplo do okolia a produkova? pr?cu a vonkaj?ie prostredie m??e vykon?va? pr?cu na syst?me. Syst?m je izolovan? alebo uzavret?, ak si nevymie?a teplo s okol?m a zmena tlaku vo vn?tri syst?mu neovplyv?uje prostredie a to nem??e vykon?va? pr?cu na syst?me.

Termodynamick? syst?my pozost?vaj? zo ?tatisticky ve?k?ho po?tu ?ast?c.

Za ur?it?ch vonkaj??ch podmienok sa termodynamick? syst?m (alebo izolovan? syst?m) dostane do stavu charakterizovan?ho st?los?ou jeho parametrov v ?ase a absenciou tokov hmoty a tepla v syst?me. Tento stav syst?mu sa naz?va rovnov??ny alebo rovnov??ny stav. Syst?m nem??e samovo?ne opusti? tento stav. Stav syst?mu, v ktorom nie je rovnov?ha, sa naz?va nerovnov?ha. Proces postupn?ho prechodu syst?mu z nerovnov??neho stavu sp?soben?ho vonkaj??mi vplyvmi do rovnov??neho stavu sa naz?va relax?cia a ?as, za ktor? sa syst?m vr?ti do rovnov??neho stavu, sa naz?va relaxa?n? ?as.

V tomto pr?pade termodynamick? syst?m vykon?va expanzn? pr?cu zn??en?m vn?tornej energie syst?mu.

Termodynamick? syst?m je predmetom ?t?dia termodynamiky a je to s?bor telies, ktor? energeticky interaguj? medzi sebou a prostred?m a vymie?aj? si s n?m hmotu.

Termodynamick? syst?m, ponechan? s?m na seba za st?lych vonkaj??ch podmienok, sa dost?va do stavu rovnov?hy, ktor? je charakterizovan? st?los?ou v?etk?ch parametrov a absenciou makroskopick?ch pohybov. Tento stav syst?mu sa naz?va stav termodynamickej rovnov?hy.

Termodynamick? syst?m je charakterizovan? kone?n?m po?tom nez?visl?ch premenn?ch – makroskopick?ch veli??n naz?van?ch termodynamick? parametre. Jedn?m z nez?visl?ch makroskopick?ch parametrov termodynamick?ho syst?mu, ktor? ho odli?uje od mechanick?ho, je teplota ako miera intenzity tepeln?ho pohybu. Telesn? teplota sa m??e meni? v d?sledku v?meny tepla s okol?m a p?soben?m zdrojov tepla a v d?sledku samotn?ho deforma?n?ho procesu. Vz?ah medzi deform?ciou a teplotou je stanoven? pomocou termodynamiky.

Termodynamick? syst?m- je to ?as? hmotn?ho sveta, oddelen? od prostredia re?lnymi alebo imagin?rnymi hranicami a je predmetom ?t?dia termodynamiky. Prostredie je objemovo ove?a v???ie, a preto s? zmeny v ?om nepodstatn? v porovnan? so zmenami stavu syst?mu. Na rozdiel od mechanick?ch syst?mov, ktor? pozost?vaj? z jedn?ho alebo viacer?ch telies, termodynamick? syst?m obsahuje ve?mi ve?k? mno?stvo ?ast?c, ?o d?va vznik ?plne nov?m vlastnostiam a vy?aduje si r?zne pr?stupy k popisu stavu a spr?vania tak?chto syst?mov. Termodynamick? syst?m je makroskopick? objekt.

Klasifik?cia termodynamick?ch syst?mov

1. Pod?a zlo?enia

Termodynamick? syst?m pozost?va z komponentov. Komponent - je l?tka, ktor? m??e by? izolovan? zo syst?mu a existuje mimo neho, t.j. zlo?ky s? nez?visl? l?tky.

Jednozlo?kov?.

Dvojzlo?kov? alebo bin?rny.

Trojzlo?kov? - trojit?.

Viaczlo?kov?.

2. Pod?a f?zov?ho zlo?enia– homog?nne a heterog?nne

Homog?nne syst?my maj? rovnak? makroskopick? vlastnosti v ktoromko?vek bode syst?mu, predov?etk?m teplotu, tlak, koncentr?ciu, ako aj mnoh? in?, napr?klad index lomu, dielektrick? kon?tantu, kry?t?lov? ?trukt?ru at?. Homog?nne syst?my pozost?vaj? z jednej f?zy.

F?za je homog?nna ?as? syst?mu, oddelen? od ostatn?ch f?z rozhran?m a charakterizovan? vlastnou stavovou rovnicou. F?za a stav agreg?cie sa prekr?vaj?, ale nie s? toto?n? pojmy. Existuj? iba 4 stavy agreg?cie, pri?om f?z m??e by? ove?a viac.

Heterog?nne syst?my pozost?vaj? minim?lne z dvoch f?z.

3. Pod?a typu spojenia s prostred?m(pod?a mo?nost? v?meny s okol?m).

Izolovan? syst?m si nevymie?a energiu ani hmotu s okol?m. Ide o idealizovan? syst?m, ktor? v z?sade nie je mo?n? experiment?lne ?tudova?.

ZATVOREN? Syst?m si m??e vymie?a? energiu s okol?m, ale nevymie?a hmotu.

OTVOREN? syst?m vymie?a energiu aj hmotu

Stav TDS

Stav TDS je s?hrn v?etk?ch jeho merate?n?ch makroskopick?ch vlastnost?, ktor? maj? teda kvantitat?vne vyjadrenie. Makroskopick? charakter vlastnost? znamen?, ?e ich mo?no prip?sa? iba syst?mu ako celku, a nie jednotliv?m ?asticiam, ktor? tvoria bl?zku bin?rnu ?trukt?ru (T, p, V, c, U, n k). Kvantitat?vne charakteristiky ?t?tu s? vz?jomne prepojen?. Preto existuje minim?lny s?bor charakterist?k syst?mu tzv parametre , ktor?ho ?pecifik?cia n?m umo??uje plne pop?sa? vlastnosti syst?mu. Po?et t?chto parametrov z?vis? od typu syst?mu. V najjednoduch?om pr?pade pre uzavret? homog?nny plynov? syst?m v rovnov??nom stave sta?? nastavi? len 2 parametre. Pre otvoren? syst?m je okrem t?chto 2 charakterist?k syst?mu potrebn? ?pecifikova? po?et m?lov ka?dej zlo?ky.

Termodynamick? premenn? sa delia na:

- extern?, ktor? s? ur?en? vlastnos?ami a s?radnicami syst?mu v prostred? a z?visia od kontaktov syst?mu s prostred?m, napr?klad hmotnos? a po?et komponentov, intenzita elektrick?ho po?a, po?et tak?chto premenn?ch je obmedzen?;

- intern?, ktor? charakterizuj? vlastnosti syst?mu, napr?klad hustotu, vn?torn? energiu, po?et tak?chto parametrov je neobmedzen?;

- rozsiahly, ktor? s? priamo ?mern? hmotnosti syst?mu alebo po?tu ?ast?c, napr?klad objem, energia, entropia, tepeln? kapacita;

-intenz?vny, ktor? nez?visia od hmotnosti syst?mu, napr?klad od teploty, tlaku.

Parametre TDS spolu s?visia vz?ahom tzv stav rovnice syst?mov. Celkov? poh?ad na to f(p,V , T)= 0. Jednou z najd?le?itej??ch ?loh FH je n?js? stavov? rovnicu ?ubovo?n?ho syst?mu. Zatia? je presn? stavov? rovnica zn?ma len pre ide?lne plyny (Clapeyron-Mendelejevova rovnica).

pV = nRT, ( 1.1)

Kde R– univerz?lna plynov? kon?tanta = 8,314 J/(mol.K).

[p] = Pa, 1 atm = 1,013 x 105 Pa = 760 mm Hg,

[V] = m3, [T] = K, [n] = mol, N = 6,02 x 1023 mol-1. Re?lne plyny s? touto rovnicou op?san? len pribli?ne a ??m vy??? je tlak a ni??ia teplota, t?m v???ia je odch?lka od tejto stavovej rovnice.

Rozli?ova? rovnov?ha A nerovnov??ne stavu TDS.

Klasick? termodynamika sa zvy?ajne obmedzuje na uva?ovanie o rovnov??nych stavoch bl?zkych bin?rnych syst?mov. Rovnov?ha - to je stav, do ktor?ho sa TDS spont?nne dost?va a v ktorom m??e existova? neobmedzene dlho bez vonkaj??ch vplyvov. Na ur?enie rovnov??neho stavu je v?dy potrebn? men?? po?et parametrov ako pre nerovnov??ne syst?my.

Rovnov??ny stav sa del? na:

- udr?ate?n?(stabiln?) stav, v ktorom ak?ko?vek nekone?ne mal? dopad sp?sob? len nekone?ne mal? zmenu stavu a ke? je tento vplyv eliminovan?, syst?m sa vr?ti do p?vodn?ho stavu;

- metastabiln? stav, v ktorom niektor? kone?n? vplyvy sp?sobuj? kone?n? zmeny stavu, ktor? po odstr?nen? t?chto vplyvov nezmizn?.

Naz?va sa zmena stavu syst?mu bl?zkeho telesa spojen? so zmenou aspo? jednej z jeho termodynamick?ch premenn?ch termodynamick? proces. Zvl??tnos?ou opisu termodynamick?ch procesov je, ?e nie s? charakterizovan? r?chlos?ou zmien vlastnost?, ale ve?kos?ou zmien. Proces v termodynamike je postupnos? stavov syst?mu, ktor? vedie od po?iato?n?ho s?boru termodynamick?ch parametrov ku kone?n?mu. Rozli?uj? sa tieto termodynamick? procesy:

- spont?nny, na realiz?ciu ktor?ch nemus?te m??a? energiu;

- nespont?nne, vyskytuj?ce sa len pri spotrebe energie;

- nezvratn?(alebo nerovnov??ne) - ke? v d?sledku procesu nie je mo?n? vr?ti? syst?m do p?vodn?ho stavu.

-reverzibiln? - ide o idealizovan? procesy, ktor? prech?dzaj? dopredu a dozadu cez rovnak? medzistavy a po dokon?en? cyklu nie s? pozorovan? ?iadne zmeny ani v syst?me, ani v prostred?.

Stavov? funkcie– to s? charakteristiky syst?mu, ktor? z?visia len od parametrov stavu, ale nez?visia od sp?sobu jeho dosiahnutia.

Stavov? funkcie sa vyzna?uj? nasleduj?cimi vlastnos?ami:

Infinitezim?lna zmena funkcie f je tot?lny diferenci?l df;

Zmena funkcie pri prechode zo stavu 1 do stavu 2 je ur?en? len t?mito stavmi ? df = f 2 – f 1

V d?sledku ak?hoko?vek cyklick?ho procesu sa funkcia stavu nemen?, t.j. rovn? nule.

Teplo a pr?ca– sp?soby v?meny energie medzi RDS a ?ivotn?m prostred?m. Teplo a pr?ca s? charakteristikami procesu, nie s? funkciami stavu.

Job- forma v?meny energie na makroskopickej ?rovni pri usmernenom pohybe predmetu. Pr?ca sa pova?uje za pozit?vnu, ak ju syst?m vykon?va proti vonkaj??m sil?m.

Teplo– forma v?meny energie na mikroskopickej ?rovni, t.j. v podobe zmeny chaotick?ho pohybu molek?l. V?eobecne sa uzn?va, ?e teplo prijat? syst?mom a pr?ca na ?om vykonan? s? pozit?vne, t.j. funguje „egoistick? princ?p“. .

Najbe?nej?ie pou??van?mi jednotkami energie a pr?ce, najm? v termodynamike, s? joule SI (J) a nesyst?mov? jednotka kal?ria (1 cal = 4,18 J).

V z?vislosti od povahy objektu sa rozli?uj? r?zne typy pr?ce:

1. Mechanick? - pohyb tela

dA srs? = - F ex dl.(2.1)

Pr?ca je skal?rny s??in 2 vektorov sily a posunutia, t.j.

|dA ko?u?ina | = F dl cosa. Ak je smer vonkaj?ej sily opa?n? ako pohyb vykon?van? vn?torn?mi silami, potom cosa < 0.

2. Oper?cia roz??renia (naj?astej?ie sa uva?uje o expanzii plynu)

dA = - p dV (1.7)

Treba v?ak ma? na pam?ti, ?e tento v?raz plat? len pre reverzibiln? proces.

3. Elektrick? – pohyb elektrick?ch n?bojov

dA el = -jdq,(2.2)

Kde j- elektrick? potenci?l.

4. Povrchn? - zmena povrchu,

dA povrch = -sdS,(2.3)

Kde s- povrchov? nap?tie.

5. V?eobecn? v?raz pre pr?cu

dA = - Ydx,(2.4)

Y- v?eobecn? sila, dx- zov?eobecnen? s?radnicu, tak?e pr?cu mo?no pova?ova? za s??in intenz?vneho faktora a zmeny extenz?vneho faktora.

6. V?etky druhy pr?c, okrem roz?irovac?ch pr?c, s? tzv u?ito?n? pr?ce (dA'). dA = рdV + dА’ (2,5)

7. Analogicky m??eme zavies? pojem chemick? pracova? pri smerovom pohybe k- chemick? l?tka, n k– rozsiahly majetok, pri?om intenz?vny parameter m k naz?van? chemick? potenci?l k-t? l?tka

dA chemick? = -Sm k dn k. (2.6)

Termodynamick? syst?m je proces alebo m?dium, ktor? sa pou??va pri anal?ze prenosu energie. Termodynamick? syst?m- je ak?ko?vek z?na alebo priestor ohrani?en? skuto?n?mi alebo imagin?rnymi hranicami vybran?mi na anal?zu energie a jej premeny. Jeho hranice m??u by? nehybn? alebo mobiln?.

Plyn v kovovej n?dobe je pr?kladom syst?mu s pevn?mi hranicami. Ak je potrebn? analyzova? plyn vo valci, steny n?doby s? pevne ohrani?en?. Ak chcete analyzova? vzduch v bal?ne, povrch bal?na je pohybliv? hranica. Ak ohrievate vzduch v bal?ne, elastick? steny bal?na sa natiahnu a hranica syst?mu sa men?, ke? sa plyn rozp?na.

Priestor susediaci s hranicou sa naz?va prostredie. Ka?d? m? termodynamick? syst?my existuje prostredie, ktor? m??e by? zdrojom alebo odobra?. Prostredie m??e tie? pracova? na syst?me alebo za?i? fungovanie syst?mu.

Syst?my m??u by? ve?k? alebo mal?, v z?vislosti od hran?c. Syst?m m??e napr?klad pokr?va? cel? chladiaci syst?m alebo plyn v jednom z valcov kompresora. M??e existova? vo v?kuu alebo m??e obsahova? nieko?ko f?z jednej alebo viacer?ch l?tok. Preto skuto?n? syst?my m??u obsahova? such? vzduch a (dve l?tky) alebo vodu a vodn? para(dva stupne tej istej l?tky). Homog?nny syst?m pozost?va z jednej l?tky, jednej z jej f?z alebo homog?nnej zmesi viacer?ch zlo?iek.

Existuj? syst?my ZATVOREN? alebo OTVOREN?. V uzavretom prekra?uje jeho hranice len energia. V d?sledku toho sa teplo m??e pohybova? cez hranice uzavret?ho syst?mu do prostredia alebo z prostredia do syst?mu.

V otvorenom syst?me sa energia aj hmota m??u pren??a? zo syst?mu do m?dia a sp??. Pri anal?ze ?erpadiel a v?menn?kov tepla je potrebn? otvoren? syst?m, preto?e tekutiny musia po?as anal?zy prekra?ova? hranice. Ak je hmotnostn? tok otvoren?ho syst?mu stabiln? a rovnomern?, potom sa naz?va otvoren? syst?m s kon?tantn?m prietokom. Hmotnostn? tok ukazuje, ?i je otvoren? alebo zatvoren?.

?t?tu termodynamick? syst?m ur?en? fyzik?lnymi vlastnos?ami l?tky. Teplota, tlak, objem, vn?torn? energia a entropia s? vlastnosti, ktor? ur?uj? stav, v ktorom l?tka existuje. Ke??e stav syst?mu je stavom rovnov?hy, mo?no ho ur?i? a? vtedy, ke? s? vlastnosti syst?mu stabilizovan? a u? sa nemenia.

In?mi slovami, stav syst?mu mo?no op?sa?, ke? je v rovnov?he s prostred?m.