Sida 1

Ett termodynamiskt system, liksom alla andra fysiska system, har en viss m?ngd energi, vilket brukar kallas systemets inre energi.

Ett termodynamiskt system kallas isolerat om det inte kan utbyta vare sig energi eller materia med omgivningen. Ett exempel p? ett s?dant system ?r en gas innesluten i ett k?rl med konstant volym. Ett termodynamiskt system kallas adiabatiskt om det inte kan utbyta energi med andra system genom v?rme?verf?ring.

Ett termodynamiskt system ?r en samling kroppar som i en eller annan grad kan utbyta energi och materia mellan sig sj?lva och omgivningen.

Termodynamiska system delas in i slutna system som inte byter materia med andra system och ?ppna system som utbyter materia och energi med andra system. I de fall systemet inte byter energi och materia med andra system kallas det isolerat och n?r det inte sker n?gon v?rme?verf?ring kallas systemet adiabatiskt.

Termodynamiska system kan best? av blandningar av rena ?mnen. En blandning (l?sning) kallas homogen n?r den kemiska sammans?ttningen och fysikaliska egenskaperna i eventuella sm? partiklar ?r desamma eller ?ndras kontinuerligt fr?n en punkt i systemet till en annan. Densiteten, trycket och temperaturen f?r en homogen blandning ?r identiska vid vilken punkt som helst. Ett exempel p? ett homogent system ?r en viss volym vatten, vars kemiska sammans?ttning ?r densamma, men de fysikaliska egenskaperna ?ndras fr?n en punkt till en annan.

Ett termodynamiskt system med ett visst kvantitativt f?rh?llande av komponenter kallas ett enda fysikalisk-kemiskt system.

Termodynamiska system (makroskopiska kroppar), tillsammans med mekanisk energi E, har ocks? intern energi U, som beror p? temperatur, volym, tryck och andra termodynamiska parametrar.

Ett termodynamiskt system kallas oisolerat, eller icke-st?ngt, om det kan ta emot eller avge v?rme till omgivningen och utf?ra arbete, och den yttre milj?n kan utf?ra arbete p? systemet. Ett system ?r isolerat, eller st?ngt, om det inte har n?gon v?rmev?xling med omgivningen, och en tryckf?r?ndring inuti systemet p?verkar inte milj?n och den senare kan inte utf?ra arbete p? systemet.

Termodynamiska system best?r av ett statistiskt stort antal partiklar.

Ett termodynamiskt system under vissa yttre f?rh?llanden (eller ett isolerat system) g?r in i ett tillst?nd som k?nnetecknas av konstansen hos dess parametrar ?ver tid och fr?nvaron av materia och v?rmefl?den i systemet. Detta tillst?nd i systemet kallas j?mvikt eller j?mviktstillst?nd. Systemet kan inte g? spontant ur detta tillst?nd. Tillst?ndet i ett system d?r det inte finns n?gon j?mvikt kallas icke-j?mvikt. Processen med en gradvis ?verg?ng av ett system fr?n ett icke-j?mviktstillst?nd, orsakat av yttre p?verkan, till ett tillst?nd av j?mvikt kallas avslappning, och tidsintervallet f?r systemet att ?terg? till ett j?mviktstillst?nd kallas avslappningstid.

Det termodynamiska systemet i detta fall utf?r expansionsarbetet genom att minska systemets inre energi.

Ett termodynamiskt system ?r ett studieobjekt i termodynamiken och ?r en samling kroppar som energiskt interagerar med varandra och milj?n och utbyter materia med den.

Ett termodynamiskt system, l?mnat ?t sig sj?lvt under konstanta yttre f?rh?llanden, kommer till ett tillst?nd av j?mvikt, k?nnetecknat av konstantheten hos alla parametrar och fr?nvaron av makroskopiska r?relser. Detta tillst?nd i systemet kallas tillst?ndet f?r termodynamisk j?mvikt.

Ett termodynamiskt system k?nnetecknas av ett ?ndligt antal oberoende variabler - makroskopiska storheter som kallas termodynamiska parametrar. En av de oberoende makroskopiska parametrarna f?r ett termodynamiskt system, som skiljer det fr?n ett mekaniskt system, ?r temperatur som ett m?tt p? intensiteten av termisk r?relse. Kroppstemperaturen kan f?r?ndras p? grund av v?rmev?xling med omgivningen och verkan av v?rmek?llor och som ett resultat av sj?lva deformationsprocessen. Sambandet mellan deformation och temperatur fastst?lls med hj?lp av termodynamik.

Termodynamik ?r en vetenskap som studerar de termiska fenomen som f?rekommer i kroppar utan att relatera dem till materiens molekyl?ra struktur.

Inom termodynamiken anses det alla termiska processer i kroppar k?nnetecknas endast av makroskopiska parametrar- tryck, volym och temperatur. Och eftersom de inte kan appliceras p? enskilda molekyler eller atomer, s?, till skillnad fr?n den molekyl?r-kinetiska teorin, tas inte h?nsyn till den molekyl?ra strukturen hos ett ?mne i termiska processer inom termodynamiken.

Alla termodynamiska begrepp ?r formulerade som en generalisering av de fakta som observerats under experimentens g?ng. P? grund av detta kallas det den fenomenologiska (beskrivande) v?rmeteorin.

Termodynamiska system

Termodynamik beskriver termiska processer som f?rekommer i makroskopiska system. S?dana system best?r av ett stort antal partiklar - molekyler och atomer, och kallas termodynamiska.

termodynamiskt system kan betraktas som vilket f?rem?l som helst som kan ses med blotta ?gat eller med hj?lp av mikroskop, teleskop och andra optiska instrument. Huvudsaken ?r att dimensionerna av systemet i rymden och tiden f?r dess existens g?r det m?jligt att m?ta dess parametrar - temperatur, tryck, massa, kemisk sammans?ttning av element, etc., med hj?lp av instrument som inte reagerar p? p?verkan av enskilda molekyler (manometrar, termometrar, etc.).

F?r kemister ?r ett termodynamiskt system en blandning av kemikalier som interagerar med varandra under en kemisk reaktion. Astrofysiker kommer att kalla ett s?dant system f?r en himlakropp. En blandning av br?nsle och luft i en bilmotor, jordklotet, v?r kropp, en skrivpenna, en anteckningsbok, en verktygsmaskin etc. ?r ocks? termodynamiska system.

Varje termodynamiskt system ?r separerat fr?n milj?n genom gr?nser. De kan vara verkliga - glasv?ggarna i ett provr?r med en kemikalie, en cylinderkropp i en motor, etc. Och de kan vara villkorade, n?r de till exempel studerar bildandet av ett moln i atmosf?ren.

Om ett s?dant system inte byter ut vare sig energi eller materia med omgivningen, s? kallas det isolerat eller st?ngd .

Om systemet byter energi med den yttre milj?n, men inte byter materia, s? kallas det st?ngd .

?ppna system byter energi och materia med milj?n.

Termodynamisk j?mvikt

Detta koncept introduceras ocks? i termodynamiken som en generalisering av experimentella resultat.

Termodynamisk j?mvikt kallas ett s?dant tillst?nd av systemet d?r alla dess makroskopiska storheter - temperatur, tryck, volym och entropi - inte f?r?ndras med tiden om systemet ?r isolerat. Varje slutet termodynamiskt system kan spontant ?verg? till ett s?dant tillst?nd om alla externa parametrar f?rblir konstanta.

Det enklaste exemplet p? ett system i termodynamisk j?mvikt ?r en termos med varmt te. Temperaturen i den ?r densamma n?r som helst i v?tskan. ?ven om en termos bara kan kallas ett isolerat system.

Varje slutet termodynamiskt system tenderar spontant att g? in i termodynamisk j?mvikt om de yttre parametrarna inte ?ndras.

Termodynamisk process

Om ?tminstone en av de makroskopiska parametrarna ?ndras, s?ger de att systemet ?r det termodynamisk process . En s?dan process kan intr?ffa om externa parametrar ?ndras eller systemet b?rjar ta emot eller s?nda energi. Som ett resultat g?r det till en annan stat.

T?nk p? exemplet med te i en termos. Om vi doppar en isbit i teet och st?nger termosen, blir det omedelbart en skillnad i temperaturer i olika delar av v?tskan. V?tskan i termosen tenderar att utj?mna temperaturerna. Fr?n omr?den med h?gre temperatur kommer v?rme att ?verf?ras till d?r temperaturen ?r l?gre. Det vill s?ga en termodynamisk process kommer att intr?ffa. Till slut kommer temperaturen p? teet i termosen att bli densamma igen. Men det kommer redan att skilja sig fr?n den ursprungliga temperaturen. Systemets tillst?nd har f?r?ndrats eftersom dess temperatur har ?ndrats.

Den termodynamiska processen uppst?r n?r sanden som v?rms upp p? stranden en varm dag kyls ner p? natten. P? morgonen sjunker hans temperatur. Men s? fort solen g?r upp kommer uppv?rmningsprocessen att starta igen.

Inre energi

Ett av termodynamikens huvudbegrepp ?r inre energi .

Alla makroskopiska kroppar har inre energi, vilket ?r summan av kinetiska och potentiella energier f?r alla partiklar (atomer och molekyler) som utg?r kroppen. Dessa partiklar interagerar endast med varandra och interagerar inte med partiklarna i milj?n. Den inre energin beror p? partiklarnas kinetiska och potentiella energi och beror inte p? sj?lva kroppens position.

U = Ek + E p

Intern energi f?r?ndras med temperaturen. Den molekyl?ra kinetiska teorin f?rklarar detta genom att ?ndra r?relsehastigheten f?r partiklar av materia. Om kroppens temperatur stiger, ?kar partiklarnas r?relsehastighet, avst?ndet mellan dem blir st?rre. F?ljaktligen ?kar deras kinetiska och potentiella energi. N?r temperaturen sjunker sker den omv?nda processen.

F?r termodynamiken ?r det inte v?rdet av intern energi som ?r viktigare, utan dess f?r?ndring. Och du kan ?ndra den interna energin med hj?lp av v?rme?verf?ringsprocessen eller genom att utf?ra mekaniskt arbete.

F?r?ndring av inre energi genom mekaniskt arbete

Benjamin Rumford

En kropps inre energi kan f?r?ndras genom att utf?ra mekaniskt arbete p? den. Om arbete utf?rs p? kroppen, omvandlas mekanisk energi till inre energi. Och om arbetet utf?rs av kroppen, omvandlas dess inre energi till mekanisk energi.

N?stan fram till slutet av 1800-talet trodde man att det fanns ett obegripligt ?mne - kalori, som ?verf?r v?rme fr?n kropp till kropp. Ju mer kalorier som fl?dar in i kroppen, desto varmare blir det, och vice versa.

Men 1798 b?rjade den angloamerikanske vetenskapsmannen greve Benjamin Rumford tvivla p? teorin om kalorier. Anledningen till detta var uppv?rmningen av pistolpiporna under borrning. Han f?reslog att orsaken till uppv?rmningen ?r det mekaniska arbetet som g?rs under borrens friktion p? pipan.

Och Rumfoord gjorde ett experiment. F?r att ?ka friktionskraften tog de en trubbig borr, och sj?lva tunnan placerades i en tunna med vatten. I slutet av den tredje timmen av borrning b?rjade vattnet i tunnan koka. Detta gjorde att tunnan fick v?rme n?r det gjordes mekaniskt arbete p? den.

V?rme?verf?ring

v?rme?verf?ring kallas den fysiska processen att ?verf?ra termisk energi (v?rme) fr?n en kropp till en annan, antingen genom direktkontakt eller genom en separerande skiljev?gg. Som regel ?verf?rs v?rme fr?n en varmare kropp till en kallare. Denna process slutar n?r systemet kommer till ett tillst?nd av termodynamisk j?mvikt.

Den energi som en kropp tar emot eller avger under v?rme?verf?ring kallas m?ngd v?rme .

Enligt metoden f?r v?rme?verf?ring kan v?rme?verf?ring delas in i 3 typer: v?rmeledningsf?rm?ga, konvention, v?rmestr?lning.

V?rmeledningsf?rm?ga

Om det finns en temperaturskillnad mellan kroppar eller delar av kroppar, kommer en v?rme?verf?ringsprocess att intr?ffa mellan dem. v?rmeledningsf?rm?ga kallas processen f?r ?verf?ring av intern energi fr?n en mer uppv?rmd kropp (eller del av den) till en mindre uppv?rmd kropp (eller del av den).

Till exempel att v?rma ena ?nden av en st?lst?ng i brand, efter ett tag kommer vi att k?nna att dess andra ?nde ocks? blir varm.

Vi h?ller l?tt en glasstav, vars ena ?nde ?r varm, i den andra ?nden, utan att br?nna oss. Men om vi f?rs?ker g?ra samma experiment med en j?rnst?ng kommer vi att misslyckas.

Olika ?mnen leder v?rme olika. Var och en av dem har sin egen v?rmeledningskoefficient, eller ledningsf?rm?ga, numeriskt lika med m?ngden v?rme som passerar genom ett prov som ?r 1 m tjockt, med en yta p? 1 m 2 p? 1 sekund. 1 K tas som enhet f?r temperatur.

Metaller leder v?rme b?st. Detta ?r deras egendom vi anv?nder i vardagen, matlagning i metallgrytor eller stekpannor. Men deras handtag ska inte bli varma. D?rf?r ?r de gjorda av material med d?lig v?rmeledningsf?rm?ga.

Den termiska ledningsf?rm?gan hos v?tskor ?r l?gre. Och gaser har d?lig v?rmeledningsf?rm?ga.

Djurp?ls ?r ocks? en d?lig v?rmeledare. Tack vare detta ?verhettas de inte i varmt v?der och fryser inte i kallt v?der.

Konvent

Med konventionen ?verf?rs v?rme genom str?lar och fl?den av gas eller v?tska. Det finns ingen konvention i fasta ?mnen.

Hur uppst?r en konvention i en v?tska? N?r vi s?tter en vattenkokare p? elden v?rms det nedre lagret av v?tskan upp, dess densitet minskar, den r?r sig upp?t. Dess plats tas av ett kallare vattenlager. Efter en tid kommer den ocks? att v?rmas upp och ?ven byta plats med ett kallare lager. Etc.

En liknande process sker i gaser. Det ?r ingen slump att v?rmebatterier placeras l?ngst ner i rummet. N?r allt kommer omkring stiger uppv?rmd luft alltid till toppen av rummet. Och den l?gre, kalla, tv?rtom, faller. D? v?rms det ocks? upp och reser sig igen, medan det ?vre lagret svalnar och sjunker under denna tid.

Konventionen ?r naturlig och p?tvingad.

Naturliga konventioner ?ger st?ndigt rum i atmosf?ren. Som ett resultat av detta finns det konstanta r?relser av varma luftmassor upp och kalla - ner. Resultatet ?r vind, moln och andra naturfenomen.

N?r naturlig konvention inte r?cker anv?nder jag p?tvingad konvention. Till exempel str?mmar varm luft i ett rum med hj?lp av fl?ktblad.

v?rmestr?lning

Solen v?rmer jorden. Det finns ingen v?rme?verf?ring eller konvention inblandad. S? varf?r blir kropparna varma?

Faktum ?r att solen ?r en k?lla till termisk str?lning.

v?rmestr?lning ?r elektromagnetisk str?lning som uppst?r p? grund av kroppens inre energi. Alla kroppar runt omkring oss utstr?lar termisk energi. Detta kan vara synligt ljus fr?n en bordslampa, eller k?llor till osynliga ultravioletta, infrar?da eller gammastr?lar.

Men kroppar utstr?lar inte bara v?rme. De konsumerar det ocks?. Vissa i st?rre utstr?ckning, andra i mindre utstr?ckning. Dessutom b?de v?rms och kyls m?rka kroppar snabbare ?n ljusa. Vid varmt v?der f?rs?ker vi b?ra ljusa kl?der, eftersom de absorberar mindre v?rme ?n m?rka kl?der. En m?rk bil v?rms upp i solen mycket snabbare ?n en ljus bil som st?r bredvid.

Denna egenskap hos ?mnen att absorbera och utstr?la v?rme p? olika s?tt anv?nds vid skapandet av m?rkerseendesystem, missilm?lsystem, etc.

T?nk p? egenskaperna hos termodynamiska system. De f?rst?s vanligtvis som fysiska makroskopiska former, best?ende av ett betydande antal partiklar, vilket inte inneb?r att varje enskild partikel anv?nds f?r att beskriva de makroskopiska indikatorerna.

Det finns inga begr?nsningar f?r beskaffenheten av materialpartiklarna som ?r best?ndsdelar i s?dana system. De kan representeras som molekyler, atomer, joner, elektroner, fotoner.

Egenheter

L?t oss analysera de s?rskiljande egenskaperna hos termodynamiska system. Ett exempel ?r alla f?rem?l som kan observeras utan anv?ndning av teleskop, mikroskop. F?r att ge en fullst?ndig beskrivning av ett s?dant system v?ljs makroskopiska detaljer, tack vare vilka det ?r m?jligt att best?mma volym, tryck, temperatur, elektrisk polarisation, magnetisk induktion, kemisk sammans?ttning, massa av komponenter.

F?r alla termodynamiska system finns det villkorade eller verkliga gr?nser som skiljer dem fr?n milj?n. Ist?llet anv?nds ofta begreppet termostat, som k?nnetecknas av en s? h?g v?rmekapacitet att vid v?rmev?xling med det analyserade systemet f?rblir temperaturindex of?r?ndrat.

Systemklassificering

Fundera p? vad klassificeringen av termodynamiska system ?r. Beroende p? arten av dess interaktion med milj?n ?r det vanligt att s?rskilja:

• isolerade arter som inte byter vare sig materia eller energi med milj?n;
• adiabatiskt isolerad, inte utbyta materia med den yttre milj?n, utan ing? i ett utbyte av arbete eller energi;
• slutna termodynamiska system har inget utbyte av materia, endast en f?r?ndring av energins storlek ?r till?ten;
• ?ppna system k?nnetecknas av fullst?ndig ?verf?ring av energi, materia;
• delvis ?ppna kan ha semipermeabla partitioner, s? de deltar inte fullt ut i materialutbytet.

Beroende p? beskrivningen kan parametrarna f?r ett termodynamiskt system delas in i komplexa och enkla alternativ.

Funktioner hos enkla system

Enkla system kallas f?r j?mviktstillst?nd, vars fysiska tillst?nd kan best?mmas av specifik volym, temperatur, tryck. Exempel p? termodynamiska system av denna typ ?r isotropa kroppar som har lika egenskaper i olika riktningar och punkter. S?, v?tskor, gasformiga ?mnen, fasta ?mnen, som ?r i ett tillst?nd av termodynamisk j?mvikt, p?verkas inte av elektromagnetiska och gravitationskrafter, ytsp?nning, kemiska omvandlingar. Analysen av enkla kroppar erk?nns inom termodynamiken som viktig och relevant ur praktisk och teoretisk synvinkel.

Den inre energin i ett termodynamiskt system av detta slag ?r kopplad till omv?rlden. Vid beskrivning anv?nds antalet partiklar, massan av ?mnet f?r varje enskild komponent.

Komplexa system

Komplexa system inkluderar termodynamiska system som inte faller under enkla typer. Till exempel ?r de magneter, dielektrika, solida elastiska kroppar, supraledare, fasgr?nssnitt, termisk str?lning, elektrokemiska system. Som parametrar som anv?nds f?r att beskriva dem, noterar vi elasticiteten hos en fj?der eller stav, fasseparationens yta och termisk str?lning.

Ett fysiskt system ?r en s?dan upps?ttning d?r det inte finns n?gon kemisk interaktion mellan ?mnen inom de temperatur- och tryckindikatorer som valts f?r studien. Och kemiska system ?r de alternativ som involverar interaktionen mellan dess individuella komponenter.

Den inre energin i ett termodynamiskt system beror p? dess isolering fr?n omv?rlden. Till exempel, som en variant av det adiabatiska skalet, kan man t?nka sig ett Dewar-k?rl. En homogen karakt?r manifesteras i ett system d?r alla komponenter har liknande egenskaper. Exempel p? dem ?r gas, fasta, flytande l?sningar. Ett typiskt exempel p? en gasformig homogen fas ?r jordens atmosf?r.

Funktioner av termodynamiken

Denna gren av vetenskapen handlar om studiet av de grundl?ggande lagarna f?r de processer som ?r f?rknippade med fris?ttning, absorption av energi. Inom kemisk termodynamik ?r det t?nkt att studera de ?msesidiga omvandlingarna av de ing?ende delarna av systemet, f?r att fastst?lla de lagar som styr ?verg?ngen av en energityp till en annan under givna f?rh?llanden (tryck, temperatur, volym).

Systemet, som ?r f?rem?l f?r termodynamisk studie, kan representeras som vilket naturobjekt som helst, vilket inkluderar ett stort antal molekyler som ?r separerade av ett gr?nssnitt med andra verkliga objekt. Under systemets tillst?nd menas helheten av dess egenskaper, som g?r det m?jligt att best?mma det utifr?n termodynamikens synvinkel.

Slutsats

I vilket system som helst sker en ?verg?ng av en typ av energi till en annan, termodynamisk j?mvikt etableras. Den sektion av fysiken som handlar om detaljerade studier av transformationer, f?r?ndringar och bevarande av energi ?r av s?rskild betydelse. Till exempel, inom kemisk kinetik, kan man inte bara beskriva tillst?ndet f?r ett system, utan ocks? ber?kna de f?rh?llanden som underl?ttar dess f?rskjutning i ?nskad riktning.

Hess' lag, som relaterar entalpin, entropin f?r transformationen i fr?ga, g?r det m?jligt att identifiera m?jligheten av en spontan reaktion, att ber?kna m?ngden v?rme som frig?rs (absorberas) av det termodynamiska systemet.

Termokemi, baserad p? termodynamikens grunder, ?r av praktisk betydelse. Tack vare detta avsnitt av kemi utf?rs prelimin?ra ber?kningar av br?nsleeffektivitet och m?jligheten att inf?ra vissa teknologier i verklig produktion i produktionen. Information erh?llen fr?n termodynamiken g?r det m?jligt att till?mpa fenomenen elasticitet, termoelektricitet, viskositet och magnetisering f?r industriell produktion av olika material.

Under l?ng tid hade fysiker och representanter f?r andra vetenskaper ett s?tt att beskriva vad de observerar under sina experiment. Bristen p? konsensus och f?rekomsten av ett stort antal termer tagna "ur det bl?" ledde till f?rvirring och missf?rst?nd bland kollegor. Med tiden fick varje gren av fysiken sina etablerade definitioner och m?ttenheter. S? h?r s?g termodynamiska parametrar ut, som f?rklarar de flesta av de makroskopiska f?r?ndringarna i systemet.

Definition

Tillst?ndsparametrar, eller termodynamiska parametrar, ?r en serie fysiska storheter som tillsammans och var f?r sig kan karakterisera det observerade systemet. Dessa inkluderar begrepp som:

• temperatur och tryck;
• koncentration, magnetisk induktion;
• entropi;
• entalpi;
• Gibbs och Helmholtz energier och m?nga andra.

Det finns intensiva och omfattande parametrar. Omfattande ?r de som ?r direkt beroende av det termodynamiska systemets massa, och intensiva ?r de som best?ms av andra kriterier. Inte alla parametrar ?r lika oberoende, d?rf?r ?r det n?dv?ndigt att best?mma flera parametrar p? en g?ng f?r att ber?kna systemets j?mviktstillst?nd.

Dessutom finns det vissa terminologiska meningsskiljaktigheter bland fysiker. Samma fysiska egenskap kan av olika f?rfattare kallas antingen en process, eller en koordinat, eller en kvantitet, eller en parameter, eller till och med bara en egenskap. Allt beror p? inneh?llet i vilket forskaren anv?nder det. Men i vissa fall finns det standardiserade rekommendationer som sammanst?llare av dokument, l?rob?cker eller best?llningar m?ste f?lja.

Klassificering

Det finns flera klassificeringar av termodynamiska parametrar. S? baserat p? f?rsta stycket ?r det redan k?nt att alla kvantiteter kan delas in i:

• omfattande (tillsats) - s?dana ?mnen f?ljer lagen om tillsats, det vill s?ga deras v?rde beror p? antalet ingredienser;
• intensiva - de beror inte p? hur mycket av ?mnet som togs f?r reaktionen, eftersom de ?r inriktade under interaktionen.

Utifr?n de f?rh?llanden som de ?mnen som utg?r systemet befinner sig under kan m?ngderna delas upp i de som beskriver fasreaktioner och kemiska reaktioner. Dessutom m?ste reaktanterna beaktas. De kan vara:

• termomekaniska;
• termofysiska;
• termokemisk.

Dessutom utf?r alla termodynamiska system en viss funktion, s? parametrarna kan karakterisera arbetet eller v?rmen som erh?lls som ett resultat av reaktionen, och l?ter dig ocks? ber?kna energin som kr?vs f?r att ?verf?ra massan av partiklar.

Tillst?ndsvariabler

Tillst?ndet f?r vilket system som helst, inklusive termodynamiskt, kan best?mmas genom en kombination av dess egenskaper eller egenskaper. Alla variabler som ?r helt best?mda endast vid en viss tidpunkt och inte beror p? hur exakt systemet kom till detta tillst?nd kallas termodynamiska parametrar (variabler) f?r tillst?ndet eller tillst?ndsfunktionerna.

Systemet anses vara station?rt om de variabla funktionerna inte f?r?ndras ?ver tiden. Ett alternativ ?r termodynamisk j?mvikt. Varje, ?ven den minsta f?r?ndring i systemet, ?r redan en process, och den kan inneh?lla fr?n en till flera variabla termodynamiska tillst?ndsparametrar. Den sekvens i vilken systemets tillst?nd kontinuerligt ?verg?r i varandra kallas "processv?gen".

Tyv?rr finns det fortfarande f?rvirring med termerna, eftersom samma variabel kan vara b?de oberoende och resultatet av till?gg av flera systemfunktioner. D?rf?r kan termer som "tillst?ndsfunktion", "tillst?ndsparameter", "tillst?ndsvariabel" betraktas som synonymer.

Temperatur

En av de oberoende parametrarna f?r tillst?ndet f?r ett termodynamiskt system ?r temperatur. Det ?r en kvantitet som k?nnetecknar m?ngden kinetisk energi per enhet partiklar i ett termodynamiskt system i j?mvikt.

Om vi n?rmar oss definitionen av begreppet ur termodynamikens synvinkel, s? ?r temperaturen ett v?rde omv?nt proportionellt mot f?r?ndringen i entropi efter att ha tillf?rt v?rme (energi) till systemet. N?r systemet ?r i j?mvikt ?r temperaturv?rdet detsamma f?r alla dess "deltagare". Om det finns en temperaturskillnad s? avges energi av en varmare kropp och absorberas av en kallare.

Det finns termodynamiska system d?r st?rningen (entropin) inte ?kar n?r energi tillf?rs, utan tv?rtom minskar. Dessutom, om ett s?dant system interagerar med en kropp vars temperatur ?r h?gre ?n dess egen, kommer det att ge upp sin kinetiska energi till denna kropp, och inte vice versa (baserat p? termodynamikens lagar).

Tryck

Tryck ?r en storhet som k?nnetecknar kraften som verkar p? en kropp vinkelr?tt mot dess yta. F?r att ber?kna denna parameter ?r det n?dv?ndigt att dela hela m?ngden kraft med objektets yta. Enheterna f?r denna kraft kommer att vara pascal.

N?r det g?ller termodynamiska parametrar upptar gasen hela den tillg?ngliga volymen, och dessutom r?r sig molekylerna som den best?r av st?ndigt slumpm?ssigt och kolliderar med varandra och med k?rlet d?r de ?r bel?gna. Det ?r dessa st?tar som best?mmer ?mnets tryck p? k?rlets v?ggar eller p? kroppen som placeras i gasen. Kraften fortplantar sig i alla riktningar lika exakt p? grund av molekylernas of?ruts?gbara r?relse. F?r att ?ka trycket ?r det n?dv?ndigt att ?ka systemets temperatur och vice versa.

Inre energi

De viktigaste termodynamiska parametrarna som beror p? systemets massa inkluderar intern energi. Den best?r av den kinetiska energin som beror p? r?relsen av ett ?mnes molekyler, samt av den potentiella energi som uppst?r n?r molekylerna interagerar med varandra.

Denna parameter ?r entydig. Det vill s?ga, v?rdet p? intern energi ?r konstant n?rhelst systemet ?r i det ?nskade tillst?ndet, oavsett hur det (tillst?ndet) n?ddes.

Det ?r om?jligt att ?ndra den inre energin. Det ?r summan av den v?rme som avges av systemet och det arbete som det producerar. F?r vissa processer beaktas andra parametrar, s?som temperatur, entropi, tryck, potential och antalet molekyler.

Entropi

Termodynamikens andra lag s?ger att entropin inte minskar. En annan formulering postulerar att energi aldrig g?r fr?n en kropp med l?gre temperatur till en varmare. Detta f?rnekar i sin tur m?jligheten att skapa en evighetsmaskin, eftersom det ?r om?jligt att ?verf?ra all energi som ?r tillg?nglig f?r kroppen till arbete.

Sj?lva begreppet "entropi" togs i bruk i mitten av 1800-talet. D? uppfattades det som en f?r?ndring av m?ngden v?rme till systemets temperatur. Men en s?dan definition g?ller bara f?r processer som st?ndigt befinner sig i ett j?mviktstillst?nd. Av detta kan vi dra f?ljande slutsats: om temperaturen p? de kroppar som utg?r systemet tenderar till noll, kommer entropin att vara lika med noll.

Entropi som en termodynamisk parameter f?r tillst?ndet hos en gas anv?nds som en indikation p? m?ttet p? slumpm?ssighet, slumpm?ssighet av partikelr?relse. Det anv?nds f?r att best?mma f?rdelningen av molekyler i ett visst omr?de och k?rl, eller f?r att ber?kna den elektromagnetiska kraften av interaktion mellan jonerna i ett ?mne.

Entalpi

Entalpi ?r den energi som kan omvandlas till v?rme (eller arbete) vid konstant tryck. Detta ?r potentialen f?r ett system som ?r i ett j?mviktstillst?nd, om forskaren k?nner till niv?n av entropi, antalet molekyler och tryck.

Om den termodynamiska parametern f?r en idealgas anges, anv?nds formuleringen "det expanderade systemets energi" ist?llet f?r entalpi. F?r att g?ra det l?ttare att f?rklara detta v?rde f?r oss sj?lva kan vi f?rest?lla oss ett k?rl fyllt med gas, som likformigt komprimeras av en kolv (till exempel en f?rbr?nningsmotor). I det h?r fallet kommer entalpin inte bara att vara lika med ?mnets inre energi, utan ocks? med det arbete som m?ste g?ras f?r att f? systemet till det erforderliga tillst?ndet. Att ?ndra denna parameter beror bara p? systemets initiala och slutliga tillst?nd, och s?ttet p? vilket det kommer att erh?llas spelar ingen roll.

Gibbs energi

Termodynamiska parametrar och processer ?r f?r det mesta associerade med energipotentialen hos de ?mnen som utg?r systemet. S?ledes ?r Gibbs-energin ekvivalenten med den totala kemiska energin i systemet. Den visar vilka f?r?ndringar som kommer att ske under kemiska reaktioner och om ?mnen kommer att interagera ?verhuvudtaget.

F?r?ndringen i m?ngden energi och temperatur i systemet under reaktionens g?ng p?verkar s?dana begrepp som entalpi och entropi. Skillnaden mellan dessa tv? parametrar kommer att kallas Gibbs energi eller isobarisk-isotermisk potential.

Minimiv?rdet f?r denna energi observeras om systemet ?r i j?mvikt, och dess tryck, temperatur och m?ngd materia f?rblir of?r?ndrade.

Helmholtz energi

Helmholtz-energin (enligt andra k?llor - helt enkelt gratis energi) ?r den potentiella m?ngd energi som kommer att g? f?rlorad av systemet n?r det interagerar med kroppar som inte ?r en del av det.

Begreppet Helmholtz fri energi anv?nds ofta f?r att best?mma vilket maximalt arbete ett system kan utf?ra, det vill s?ga hur mycket v?rme som frig?rs n?r ?mnen ?ndras fr?n ett tillst?nd till ett annat.

Om systemet ?r i termodynamisk j?mvikt (det vill s?ga det fungerar inte), ?r niv?n av fri energi p? ett minimum. Det inneb?r att f?r?ndringar i andra parametrar, s?som temperatur, tryck och antal partiklar, inte heller sker.

Termodynamiskt system- detta ?r en del av den materiella v?rlden, separerad fr?n omgivningen av verkliga eller imagin?ra gr?nser och ?r f?rem?l f?r studier av termodynamiken. Milj?n ?r mycket st?rre i volym, och d?rf?r ?r f?r?ndringar i den obetydliga j?mf?rt med f?r?ndringen i systemets tillst?nd. Till skillnad fr?n mekaniska system, som best?r av en eller flera kroppar, inneh?ller ett termodynamiskt system ett mycket stort antal partiklar, vilket ger upphov till helt nya egenskaper och kr?ver olika tillv?gag?ngss?tt f?r att beskriva tillst?nd och beteende hos s?dana system. Det termodynamiska systemet ?r makroskopiskt objekt.

Klassificering av termodynamiska system

1. Sammans?ttning

Ett termodynamiskt system best?r av komponenter. Komponent - detta ?r ett ?mne som kan isoleras fr?n systemet och existera utanf?r det, d.v.s. komponenter ?r oberoende ?mnen.

Enkomponent.

Tv?komponent, eller bin?r.

Trekomponent - trippel.

Flerkomponent.

2. Efter fassammans?ttning- homogen och heterogen

homogen system har samma makroskopiska egenskaper var som helst i systemet, fr?mst temperatur, tryck, koncentration och m?nga andra, s?som brytningsindex, permittivitet, kristallstruktur etc. Homogena system best?r av en enda fas.

Fas- detta ?r en homogen del av systemet, separerad fr?n andra faser av gr?nssnittet och k?nnetecknad av sin egen tillst?ndsekvation. Fas och aggregationstillst?nd ?r ?verlappande men inte identiska begrepp. Det finns bara 4 aggregationstillst?nd, det kan finnas mycket fler faser.

Heterogen system best?r av minst tv? faser.

3. Efter typer av kopplingar till milj?n(enligt m?jligheterna till utbyte med omgivningen).

Isolerat Systemet utbyter inte energi eller materia med milj?n. Detta ?r ett idealiserat system, som i princip inte kan studeras experimentellt.

St?ngd systemet kan utbyta energi med milj?n, men utbyter inte materia.

?ppna systemet utbyter b?de energi och materia

TDS-status

TDS-status?r helheten av alla dess m?tbara makroskopiska egenskaper, som d?rf?r har ett kvantitativt uttryck. Egenskapernas makroskopiska karakt?r g?r att de endast kan h?nf?ras till systemet som helhet och inte till de enskilda partiklarna som utg?r TDS (T, p, V, c, U, nk). Kvantitativa egenskaper hos staten ?r sammankopplade. D?rf?r finns det en minsta upps?ttning systemegenskaper, kallad parametrar , vars inst?llning g?r det m?jligt att fullst?ndigt beskriva systemets egenskaper. Antalet dessa parametrar beror p? typen av system. I det enklaste fallet, f?r ett slutet homogent gassystem i j?mvikt, ?r det tillr?ckligt att endast specificera 2 parametrar. F?r ett ?ppet system, ut?ver dessa 2 egenskaper hos systemet, kr?vs det att ange antalet mol f?r varje komponent.

Termodynamiska variabler ?r indelade i:

- extern, vilka best?ms av egenskaperna och koordinaterna f?r systemet i milj?n och beror p? systemets kontakter med omgivningen, till exempel massan och antalet komponenter, den elektriska f?ltstyrkan, antalet s?dana variabler ?r begr?nsat;

- inre, som k?nnetecknar systemets egenskaper, till exempel densitet, intern energi, antalet s?dana parametrar ?r obegr?nsat;

- omfattande, som ?r direkt proportionella mot systemets massa eller antalet partiklar, till exempel volym, energi, entropi, v?rmekapacitet;

-intensiv, som inte beror p? systemets massa, till exempel temperatur, tryck.

Parametrarna f?r TDS ?r sammankopplade av relationen, som kallas tillst?ndsekvationen system. Allm?n syn p? det f(p, V , T)= 0. En av FH:s viktigaste uppgifter ?r att hitta tillst?ndsekvationen f?r vilket system som helst. Hittills ?r den exakta tillst?ndsekvationen endast k?nd f?r ideala gaser ( Clapeyron-Mendeleev-ekvationen).

pV = nRT, ( 1.1)

var R– universell gaskonstant = 8,314 J/(mol.K) .

[p] \u003d Pa, 1 atm \u003d 1,013 * 10 5 Pa \u003d 760 mm Hg,

[V] \u003d m 3, [T] \u003d K, [n] \u003d mol, N \u003d 6,02 * 1023 mol-1. Verkliga gaser beskrivs endast ungef?r av denna ekvation, och ju h?gre tryck och l?gre temperatur, desto st?rre avvikelse fr?n denna tillst?ndsekvation.

Skilja p? j?mvikt och icke-j?mvikt tillst?ndet f?r TDS.

Klassisk termodynamik ?r vanligtvis begr?nsad till ?verv?gande av j?mviktstillst?nden f?r n?ra bin?ra system. J?mvikt - detta ?r ett tillst?nd till vilket TDS spontant kommer, och i vilket det kan existera p? obest?md tid i fr?nvaro av yttre p?verkan. F?r att best?mma j?mviktstillst?ndet kr?vs alltid ett mindre antal parametrar ?n f?r icke-j?mviktssystem.

J?mviktstillst?ndet ?r uppdelat i:

- h?llbar(stabilt) tillst?nd d?r varje o?ndligt liten ?tg?rd endast orsakar en o?ndligt liten f?r?ndring i tillst?ndet, och n?r denna effekt elimineras ?terg?r systemet till sitt ursprungliga tillst?nd;

- metastabil ett tillst?nd d?r vissa slutliga influenser orsakar sluttillst?ndsf?r?ndringar som inte f?rsvinner n?r dessa influenser elimineras.

En f?r?ndring i tillst?ndet f?r en TDS associerad med en f?r?ndring i ?tminstone en av dess termodynamiska variabler kallas termodynamisk process. Ett s?rdrag i beskrivningen av termodynamiska processer ?r att de inte k?nnetecknas av f?r?ndringshastigheten i egenskaper, utan av storleken p? f?r?ndringarna. En process inom termodynamik ?r en sekvens av systemtillst?nd som leder fr?n den initiala upps?ttningen termodynamiska parametrar till den sista. Det finns f?ljande termodynamiska processer:

- spontan, f?r vars genomf?rande det inte ?r n?dv?ndigt att f?rbruka energi;

- icke-spontant, intr?ffar endast med energif?rbrukning;

- o?terkallelig(eller icke-j?mvikt) - n?r det som ett resultat av processen ?r om?jligt att ?terst?lla systemet till sitt ursprungliga tillst?nd.

-reversibel ?r idealiserade processer som g?r fram och tillbaka genom samma mellanliggande tillst?nd, och efter att cykeln ?r avslutad f?r?ndras varken systemet eller milj?n.

Statliga funktioner?r systemets egenskaper som endast beror p? statens parametrar, men som inte beror p? metoden f?r att uppn? det.

Tillst?ndsfunktioner k?nnetecknas av f?ljande egenskaper:

En o?ndlig f?r?ndring i en funktion f?r en total skillnad df;

?ndringen av funktionen under ?verg?ngen fr?n tillst?nd 1 till tillst?nd 2 best?ms endast av dessa tillst?nd ? df \u003d f 2 - f 1

Som ett resultat av n?gon cyklisk process f?r?ndras inte tillst?ndsfunktionen, d.v.s. ?r lika med noll.

V?rme och arbete– s?tt f?r energiutbyte mellan CDS och milj?n. V?rme och arbete ?r egenskaper hos en process, de ?r inte tillst?ndsfunktioner.

Arbete- en form av energiutbyte p? makroskopisk niv?, n?r det sker en riktad r?relse av f?rem?let. Arbete anses positivt om det utf?rs av systemet mot yttre krafter.

V?rme- en form av energiutbyte p? mikroskopisk niv?, d.v.s. i form av en f?r?ndring i molekylernas kaotiska r?relse. Det ?r vanligt att betrakta v?rmen som tas emot av systemet och arbetet med det som positivt, d.v.s. den "egoistiska principen" fungerar .

De vanligaste enheterna f?r energi och arbete, s?rskilt inom termodynamik, ?r SI joule (J) och enheten utanf?r systemet, kalorien (1 cal = 4,18 J).

Beroende p? objektets karakt?r finns det olika typer av arbete:

1. Mekanisk - kroppsr?relse

dA mech = - F ex dl.(2.1)

Arbete ?r skal?rprodukten av 2 vektorer av kraft och f?rskjutning, dvs.

|dА p?ls | = F dl cosa. Om riktningen f?r den yttre kraften ?r motsatt till f?rskjutningen av de inre krafterna, d? cosa < 0.

2. Utbyggnadsarbete (vanligast betraktad som gasexpansion)

dA = - р dV (1.7)

Man m?ste dock komma ih?g att detta uttryck endast g?ller f?r en reversibel process.

3. Elektrisk – r?relse av elektriska laddningar

dА el = -jdq,(2.2)

var j- elektrisk potential.

4. ytlig – f?r?ndring i yta,

dA yta = -sdS,(2.3)

var s- ytsp?nning.

5. Allm?nt uttryck f?r arbete

dА = - Ydx,(2.4)

Y- generaliserad kraft, dx- generaliserad koordinat, allts? arbete kan betraktas som produkten av en intensiv faktor och en f?r?ndring i en omfattande.

6. Alla typer av arbeten, f?rutom utbyggnadsarbeten, kallas anv?ndbar arbete (dA'). dА = рdV + dА’ (2,5)

7. I analogi kan vi introducera begreppet kemisk fungerar n?r den r?r sig i riktning k kemikalien, nk?r en omfattande egenskap, medan den intensiva parametern m k kallas kemisk potential k?mnet

dA chem \u003d -Sm k dn k. (2.6)