Xuddi shu tizim turli shtatlarda bo'lishi mumkin. Tizimning har bir holati termodinamik parametrlarning ma'lum qiymatlari to'plami bilan tavsiflanadi. Termodinamik parametrlarga harorat, bosim, zichlik, konsentratsiya va boshqalar kiradi. Kamida bitta termodinamik parametrning o'zgarishi butun tizim holatining o'zgarishiga olib keladi. Agar termodinamik parametrlar tizimning barcha nuqtalarida (hajm) doimiy bo'lsa, tizimning termodinamik holati deyiladi. muvozanat.

Farqlash bir hil Va heterojen tizimlari. Bir jinsli tizimlar bir fazadan, geterogen tizimlar ikki yoki undan ortiq fazadan iborat. Bosqich - Bu tizimning bir qismi bo'lib, tarkibi va xususiyatlari bo'yicha barcha nuqtalarda bir hil va tizimning boshqa qismlaridan interfeys orqali ajratilgan. Bir jinsli sistemaga suvli eritma misol bo'la oladi. Ammo agar eritma to'yingan bo'lsa va idishning pastki qismida tuz kristallari mavjud bo'lsa, unda ko'rib chiqilayotgan tizim heterojendir (faza chegarasi mavjud). Bir jinsli tizimning yana bir misoli oddiy suvdir, lekin muz bilan suzuvchi suv geterogen tizimdir.

Termodinamik tizimning xatti-harakatlarini miqdoriy tavsiflash uchun tanishtiriladi holat parametrlari - vaqtning ma'lum bir nuqtasida tizimning holatini yagona aniqlaydigan miqdorlar. Davlat parametrlarini faqat tajriba asosida topish mumkin. Termodinamik yondashuv ularni makroskopik asboblar yordamida empirik tarzda o'lchashni talab qiladi. Parametrlar soni katta, ammo ularning hammasi ham termodinamika uchun ahamiyatli emas. Eng oddiy holatda, har qanday termodinamik tizim to'rtta makroskopik parametrga ega bo'lishi kerak: massa M, hajm V, bosim p va harorat T. Ularning dastlabki uchtasi juda sodda ta'riflangan va fizika kursidan yaxshi ma'lum.

17-19-asrlarda ideal gazlarning eksperimental qonunlari shakllantirildi. Keling, ularni qisqacha eslaylik. Ideal gaz izoprotsesslari - parametrlardan biri o'zgarishsiz qoladigan jarayonlar. 1. Izoxorik jarayon . Charlz qonuni. V = const. Izoxorik jarayon qachon sodir bo'ladigan jarayon deb ataladi doimiy hajm V. Ushbu izoxorik jarayonda gazning xatti-harakati bo'ysunadi Charlz qonuni : Gaz massasi va uning molyar massasining doimiy hajmi va doimiy qiymatlarida gaz bosimining uning mutlaq haroratiga nisbati doimiy bo'lib qoladi: P / T= const. Izoxorik jarayonning grafigi PV- diagramma deyiladi izoxora . Izoxorik jarayonning grafigini bilish foydalidir RT- Va VT-diagrammalar (1.6-rasm). Izohor tenglamasi: bu erda P 0 - 0 ° C da bosim, a - 1/273 deg -1 ga teng gaz bosimining harorat koeffitsienti. Bunday qaramlikning grafigi Rt-diagramma 1.7-rasmda ko'rsatilgan shaklga ega. Guruch. 1.7 2. Izobarik jarayon. Gey-Lyusak qonuni. R= const. Izobarik jarayon - doimiy bosim P da sodir bo'ladigan jarayon . Izobarik jarayon davomida gazning xatti-harakati bo'ysunadi Gey-Lyusak qonuni : Doimiy bosim va gaz massasi va uning molyar massasining doimiy qiymatlarida gaz hajmining uning mutlaq haroratiga nisbati doimiy bo'lib qoladi: V/T= const. Izobar jarayonning grafigi VT- diagramma deyiladi izobar . Izobarik jarayonning grafiklarini bilish foydalidir PV- Va RT-diagrammalar (1.8-rasm). Guruch. 1.8 Izobar tenglamasi: bu yerda a =1/273 deg -1 - volumetrik kengayishning harorat koeffitsienti. Bunday qaramlikning grafigi Vt diagramma 1.9-rasmda ko'rsatilgan shaklga ega. Guruch. 1.9 3. Izotermik jarayon. Boyl-Mariot qonuni. T= const. Izotermik jarayon qachon sodir bo'ladigan jarayondir doimiy harorat T. Izotermik jarayon davomida ideal gazning xatti-harakati bo'ysunadi Boyl-Mariot qonuni: Doimiy haroratda va gaz massasi va uning molyar massasining doimiy qiymatlarida gaz hajmi va bosimining mahsuloti doimiy bo'lib qoladi: PV= const. Izotermik jarayonning grafigi PV- diagramma deyiladi izoterm . Izotermik jarayonning grafiklarini bilish foydalidir VT- Va RT-diagrammalar (1.10-rasm). Guruch. 1.10 Izotermiya tenglamasi: (1.4.5) 4. Adiabatik jarayon (izentropik): Adiabatik jarayon - bu atrof-muhit bilan issiqlik almashinuvisiz sodir bo'ladigan termodinamik jarayon. 5. Politropik jarayon. Gazning issiqlik sig'imi doimiy bo'lib qoladigan jarayon. Politropik jarayon yuqorida sanab o'tilgan barcha jarayonlarning umumiy holatidir. 6. Avogadro qonuni. Xuddi shu bosim va bir xil haroratda, turli xil ideal gazlarning teng hajmlari bir xil miqdordagi molekulalarni o'z ichiga oladi. Har xil moddalarning bir molida N A mavjud=6,02·10 23 molekulalar (Avogadro raqami). 7. Dalton qonuni. Ideal gazlar aralashmasining bosimi uning tarkibidagi gazlarning qisman P bosimlarining yig'indisiga teng: 8. Birlashgan gaz qonuni (Klapeyron qonuni). Boyl-Mariot qonunlari (1.4.5) va Gey-Lyussak (1.4.3) ga muvofiq, ma'lum bir gaz massasi uchun shunday xulosaga kelishimiz mumkin.

gaz aralashmalari. Misol tariqasida, ichki yonuv dvigatellarida, pechlar va bug 'qozonlarida yoqilg'ining yonish mahsulotlarini, quritish moslamalarida nam havo va boshqalarni nomlashimiz mumkin.

Gaz aralashmasining harakatini belgilaydigan asosiy qonun Dalton qonunidir: ideal gazlar aralashmasining umumiy bosimi uning barcha tarkibiy qismlarining qisman bosimlari yig'indisiga teng:

Qisman bosim pi- agar gaz bir xil haroratda aralashmaning butun hajmini egallagan bo'lsa, uning bosimi.

Aralashmani belgilash usullari. Gaz aralashmasining tarkibi massa, hajm yoki mol fraktsiyalari bilan aniqlanishi mumkin.

Massa ulushi alohida komponent massasining nisbati deyiladi Mi, aralashmaning massasiga M:

Bu aniq.

Massa ulushlari ko'pincha foiz sifatida belgilanadi. Masalan, quruq havo uchun; .

Volumetrik fraksiya gaz V ning kamaytirilgan hajmini aralashmaning umumiy hajmiga nisbati V: .

Berilgan- gaz komponentining bosimi va harorati aralashmaning bosimi va haroratiga teng bo'lganda egallagan hajm.

Qisqartirilgan hajmni hisoblash uchun biz ikkita holat tenglamasini yozamiz i-chi komponent:

Birinchi tenglama aralashmadagi gaz komponentining qisman bosimiga ega bo'lgan holatiga tegishli pi va aralashmaning to'liq hajmini egallaydi va ikkinchi tenglama - aralashmaning bosimi va harorati teng bo'lganda, kamaytirilgan holatga, R Va T. Tenglamalardan shunday xulosa kelib chiqadi

Aralashmaning barcha komponentlari uchun (2.2) munosabatni jamlab, Dalton qonunini hisobga olgan holda, qaerdan kelib chiqqanligini olamiz. Hajm kasrlari ham ko'pincha foiz sifatida ko'rsatiladi. Havo uchun, .

Ba'zan aralashmaning tarkibini mol fraktsiyalarida ko'rsatish qulayroqdir. Mol fraktsiyasi mollar sonining nisbati deyiladi Ni ko'rib chiqilayotgan komponentning aralashmaning umumiy mol soniga N.

Gaz aralashmasidan iborat bo'lsin N1 birinchi komponentning mollari, N2 ikkinchi komponentning mollari va boshqalar. Aralashmaning mollari soni va komponentning mol ulushi teng bo'ladi. .

Avogadro qonuniga ko'ra, har qanday gazning mol hajmlari bir vaqtning o'zida R Va T, xususan, aralashmaning harorati va bosimida, ideal gaz holatida, bir xil. Shuning uchun har qanday komponentning kamaytirilgan hajmini mol hajmining mahsuloti sifatida ushbu komponentning mollari soniga, ya'ni aralashmaning hajmiga - formula bo'yicha hisoblash mumkin. Keyin , va shuning uchun, aralashtirish gazlarini mol fraktsiyalarida ko'rsatish uning hajm ulushlarini ko'rsatishga tengdir.

Gazlar aralashmasining gaz konstantasi. Aralashmaning barcha komponentlari uchun yig'indisi tenglamalar (2.1) ni olamiz. ni hisobga olsak, yozishimiz mumkin

Termodinamik tizimning umumiy energiyasi - bu tizimga kiradigan barcha jismlar harakatining kinetik energiyasi, ularning bir-biri bilan va tashqi jismlar bilan o'zaro ta'sirining potentsial energiyasi va tizim jismlari ichidagi energiya yig'indisi. Agar biz umumiy energiyadan butun tizimning makroskopik harakatini tavsiflovchi kinetik energiyani va uning jismlarining tashqi makroskopik jismlar bilan o'zaro ta'sirining potentsial energiyasini olib tashlasak, qolgan qism termodinamikaning ichki energiyasini ifodalaydi. tizimi.
Termodinamik tizimning ichki energiyasiga tizim zarralarining mikroskopik harakati va o'zaro ta'siri, shuningdek ularning molekulyar va yadro ichidagi energiyalari kiradi.
Tizimning umumiy energiyasi (demak, ichki energiya), shuningdek, mexanikada tananing potentsial energiyasi ixtiyoriy konstantagacha aniqlanishi mumkin. Shuning uchun, agar tizimda biron bir makroskopik harakatlar va uning tashqi jismlar bilan o'zaro ta'siri bo'lmasa, biz kinetik va potentsial energiyalarning "makroskopik" komponentlarini nolga teng qilib, tizimning ichki energiyasini uning umumiy energiyasiga teng deb hisoblashimiz mumkin. Bu holat sistema termodinamik muvozanat holatida bo'lganda yuzaga keladi.
Termodinamik muvozanat holatining xarakteristikasi - haroratni kiritamiz. Bu holatning parametrlariga, masalan, gazning bosimi va hajmiga bog'liq bo'lgan va tizimning ichki energiyasiga bog'liq bo'lgan miqdorning nomi. Bu funktsiya odatda tizimning ichki energiyasiga monotonik bog'liqlikka ega, ya'ni ichki energiya ortishi bilan o'sib boradi.
Muvozanat holatidagi termodinamik tizimlarning harorati quyidagi xususiyatlarga ega:
Agar ikkita muvozanatli termodinamik tizim termal aloqada bo'lsa va bir xil haroratga ega bo'lsa, u holda umumiy termodinamik tizim bir xil haroratda termodinamik muvozanat holatida bo'ladi.
Agar har qanday muvozanat termodinamik sistemasi boshqa ikkita tizim bilan bir xil haroratga ega bo'lsa, u holda uchta tizim bir xil haroratda termodinamik muvozanatda bo'ladi.
Shunday qilib, harorat termodinamik muvozanat holatining o'lchovidir. Ushbu chorani o'rnatish uchun issiqlik uzatish kontseptsiyasini kiritish maqsadga muvofiqdir.
Issiqlik almashinuvi - bu moddani o'tkazmasdan yoki mexanik ishlarni bajarmasdan energiyani bir jismdan ikkinchisiga o'tkazish.
Agar bir-biri bilan termal aloqada bo'lgan jismlar o'rtasida issiqlik almashinuvi bo'lmasa, u holda jismlar bir xil haroratga ega va bir-biri bilan termodinamik muvozanat holatidadir.
Agar ikkita jismdan tashkil topgan izolyatsiyalangan tizimda bu jismlar har xil haroratda bo'lsa, u holda issiqlik uzatish energiya ko'proq qizdirilgan jismdan kamroq isitiladigan jismga o'tkaziladigan tarzda amalga oshiriladi. Bu jarayon jismlarning haroratlari teng bo'lgunga qadar va ikkita jismning izolyatsiya qilingan tizimi termodinamik muvozanat holatiga kelguncha davom etadi.
Issiqlik uzatish jarayoni sodir bo'lishi uchun issiqlik oqimlarini yaratish kerak, ya'ni termal muvozanat holatidan chiqish kerak. Shuning uchun muvozanat termodinami?i issiqlik uzatish jarayonini emas, balki faqat uning natijasini - yangi muvozanat holatiga o'tishni tasvirlaydi. Issiqlik uzatish jarayonining o'zi fizik kinetikaga bag'ishlangan oltinchi bobda tasvirlangan.
Xulosa sifatida shuni ta'kidlash kerakki, agar bir termodinamik tizim boshqasiga qaraganda yuqori haroratga ega bo'lsa, u holda har bir tizimning ichki energiyasi uning harorati oshishi bilan ortishiga qaramay, kattaroq ichki energiyaga ega bo'lishi shart emas. Masalan, kattaroq hajmdagi suv kichikroq hajmdagi suvga qaraganda pastroq haroratda ham ko'proq ichki energiyaga ega bo'lishi mumkin. Biroq, bu holda, ichki energiyasi katta bo'lgan jismdan ichki energiyasi kamroq bo'lgan tanaga issiqlik o'tkazuvchanligi (energiya uzatish) sodir bo'lmaydi.

Keling, termodinamik tizimlarning xususiyatlarini ko'rib chiqaylik. Odatda ular makroskopik xususiyatlarni tavsiflash uchun har bir alohida zarrachadan foydalanishni anglatmaydigan ko'p sonli zarralardan tashkil topgan jismoniy makroskopik shakllar sifatida tushuniladi.

Bunday tizimlarning tarkibiy qismlari bo'lgan moddiy zarrachalarning tabiatiga hech qanday cheklovlar yo'q. Ular molekulalar, atomlar, ionlar, elektronlar, fotonlar shaklida taqdim etilishi mumkin.

Xususiyatlari

Keling, termodinamik tizimlarning o'ziga xos xususiyatlarini tahlil qilaylik. Misol tariqasida teleskop yoki mikroskopdan foydalanmasdan kuzatish mumkin bo'lgan har qanday ob'ektni keltirish mumkin. Bunday tizimning to'liq tavsifini berish uchun makroskopik tafsilotlar tanlanadi, buning yordamida hajm, bosim, harorat, elektr polarizatsiyasi, magnit induksiya, kimyoviy tarkibi va tarkibiy qismlarning massasini aniqlash mumkin.

Har qanday termodinamik tizimlar uchun ularni muhitdan ajratib turuvchi shartli yoki real chegaralar mavjud. Buning o'rniga, termostat tushunchasi tez-tez ishlatiladi, bu shunday yuqori issiqlik sig'imi bilan tavsiflanadi, tahlil qilingan tizim bilan issiqlik almashinuvi holatida harorat ko'rsatkichi o'zgarishsiz qoladi.

Tizim tasnifi

Keling, termodinamik tizimlarning tasnifi nima ekanligini ko'rib chiqaylik. Atrof-muhit bilan o'zaro ta'sir qilish xususiyatiga qarab, quyidagilarni ajratish odatiy holdir:

• tashqi muhit bilan na modda, na energiya almashmaydigan alohida turlar;
• adiabatik izolyatsiyalangan, tashqi muhit bilan materiya almashmasdan, balki ish yoki energiya almashinuviga kirish;
• Yopiq termodinamik tizimlarda moddalar almashinuvi mavjud emas, faqat energiya miqdorini o'zgartirishga ruxsat beriladi;
• ochiq tizimlar energiya va moddalarning to'liq uzatilishi bilan tavsiflanadi;
• qisman ochiq bo'lganlar yarim o'tkazuvchan qismlarga ega bo'lishi mumkin, shuning uchun material almashinuvida to'liq ishtirok etmaydi.

Ta'rifiga ko'ra termodinamik tizimning parametrlarini murakkab va oddiy variantlarga bo'lish mumkin.

Oddiy tizimlarning xususiyatlari

Oddiy tizimlar muvozanat holatlari deb ataladi, ularning jismoniy holati ma'lum hajm, harorat va bosim bilan aniqlanishi mumkin. Bu turdagi termodinamik sistemalarga turli yo`nalish va nuqtalarda bir xil xususiyatlarga ega bo`lgan izotrop jismlar misol bo`la oladi. Shunday qilib, termodinamik muvozanat holatida bo'lgan suyuqliklar, gazsimon moddalar, qattiq jismlar elektromagnit va tortishish kuchlari, sirt tarangligi va kimyoviy o'zgarishlarga ta'sir qilmaydi. Oddiy jismlarni tahlil qilish termodinamikada amaliy va nazariy nuqtai nazardan muhim va dolzarb deb tan olingan.

Ushbu turdagi termodinamik tizimning ichki energiyasi atrofdagi dunyo bilan bog'liq. Ta'riflashda har bir alohida komponentning zarrachalari soni va moddaning massasi qo'llaniladi.

Murakkab tizimlar

Murakkab termodinamik tizimlarga oddiy turlarga kirmaydigan termodinamik tizimlar kiradi. Masalan, ular magnitlar, dielektriklar, qattiq elastik jismlar, o'ta o'tkazgichlar, o'zgarishlar interfeyslari, termal nurlanish va elektrokimyoviy tizimlardir. Ularni tavsiflash uchun ishlatiladigan parametrlar sifatida biz bahor yoki rodning elastikligini, faza interfeysini va termal nurlanishni qayd etamiz.

Jismoniy tizim - bu tadqiqot uchun tanlangan harorat va bosim chegaralarida moddalar o'rtasida kimyoviy o'zaro ta'sir bo'lmagan to'plam. Kimyoviy tizimlar esa uning alohida komponentlari o'rtasidagi o'zaro ta'sirni o'z ichiga olgan variantlardir.

Termodinamik tizimning ichki energiyasi uning tashqi dunyodan ajratilishiga bog'liq. Masalan, adiabatik qobiqning varianti sifatida Dyuar kolbasini tasavvur qilish mumkin. Bir hil xarakter barcha komponentlar o'xshash xususiyatlarga ega bo'lgan tizimda namoyon bo'ladi. Ularga gazsimon, qattiq va suyuq eritmalar misol bo'la oladi. Gazsimon bir jinsli fazaning tipik misoli Yer atmosferasidir.

Termodinamikaning xususiyatlari

Fanning ushbu bo'limi energiyaning chiqishi va yutilishi bilan bog'liq bo'lgan jarayonlarning asosiy qonuniyatlarini o'rganish bilan shug'ullanadi. Kimyoviy termodinamika tizimning tarkibiy qismlarining o'zaro o'zgarishlarini o'rganishni, berilgan sharoitlarda (bosim, harorat, hajm) energiyaning bir turini boshqasiga o'tish qonuniyatlarini o'rnatishni o'z ichiga oladi.

Termodinamik tadqiqot ob'ekti bo'lgan tizim har qanday tabiiy ob'ekt, shu jumladan boshqa real ob'ektlar bilan interfeys bilan ajratilgan ko'p sonli molekulalar shaklida ifodalanishi mumkin. Tizimning holati deganda uning termodinamika nuqtai nazaridan aniqlash imkonini beradigan xossalarining yig'indisi tushuniladi.

Xulosa

Har qanday tizimda energiyaning bir turidan ikkinchisiga o'tish kuzatiladi va termodinamik muvozanat o'rnatiladi. Fizikaning energiyaning o'zgarishi, o'zgarishi va saqlanishini batafsil o'rganishga bag'ishlangan bo'limi alohida ahamiyatga ega. Masalan, kimyoviy kinetikada tizimning holatini tasvirlabgina qolmay, balki uning kerakli tomonga siljishiga yordam beradigan sharoitlarni ham hisoblash mumkin.

Ko'rib chiqilayotgan transformatsiyaning entalpiyasi va entropiyasi bilan bog'liq bo'lgan Gess qonuni o'z-o'zidan sodir bo'ladigan reaktsiyaning ehtimolini aniqlash va termodinamik tizim tomonidan chiqarilgan (yutilgan) issiqlik miqdorini hisoblash imkonini beradi.

Termodinamika tamoyillariga asoslangan termokimyo amaliy ahamiyatga ega. Kimyoning ushbu bo'limi tufayli ishlab chiqarishda yoqilg'i samaradorligi va muayyan texnologiyalarni haqiqiy ishlab chiqarishga joriy etishning maqsadga muvofiqligi bo'yicha dastlabki hisob-kitoblar amalga oshiriladi. Termodinamikadan olingan ma'lumotlar elastiklik, termoelektrlik, yopishqoqlik va magnitlanish hodisalarini turli materiallarni sanoat ishlab chiqarishida qo'llash imkonini beradi.

1-sahifa

Termodinamik tizim, boshqa fizik tizimlar singari, ma'lum miqdorda energiyaga ega bo'lib, odatda tizimning ichki energiyasi deb ataladi.

Termodinamik tizim tashqi muhit bilan energiya yoki modda almashish imkoniga ega bo'lmasa, u izolyatsiyalangan deb ataladi. Bunday tizimga misol sifatida doimiy hajmli idish ichiga o'ralgan gazdir. Termodinamik tizim, agar issiqlik almashinuvi orqali boshqa tizimlar bilan energiya almasha olmasa, adiabatik tizim deyiladi.

Termodinamik tizim - bu u yoki bu darajada o'zlari va atrof-muhit o'rtasida energiya va moddalar almashinuvi mumkin bo'lgan jismlar to'plami.

Termodinamik tizimlar yopiq, boshqa tizimlar bilan modda almashmaydigan va boshqa tizimlar bilan modda va energiya almashinadigan ochiq tizimlarga bo'linadi. Tizim boshqa tizimlar bilan energiya va modda almashmaydigan hollarda u izolyatsiyalangan, issiqlik almashinuvi bo'lmaganda esa adiabatik tizim deyiladi.

Termodinamik tizimlar toza moddalar aralashmalaridan iborat bo'lishi mumkin. Har qanday mayda zarrachalardagi kimyoviy tarkibi va fizik xossalari bir xil bo'lsa yoki tizimning bir nuqtasidan ikkinchi nuqtasiga doimiy ravishda o'zgarib tursa, aralashma (eritma) bir jinsli deb ataladi. Bir hil aralashmaning zichligi, bosimi va harorati har qanday nuqtada bir xil bo'ladi. Bir jinsli tizimga misol sifatida kimyoviy tarkibi bir xil, lekin fizik xossalari bir nuqtadan ikkinchisiga o'zgarib turadigan ma'lum hajmdagi suvni keltirish mumkin.

Komponentlarning ma'lum miqdoriy nisbatiga ega bo'lgan termodinamik tizim yagona fizik-kimyoviy tizim deb ataladi.

Termodinamik tizimlar (makroskopik jismlar) mexanik energiya E bilan bir qatorda harorat, hajm, bosim va boshqa termodinamik parametrlarga bog'liq bo'lgan ichki energiya U ga ham ega.

Termodinamik tizim, agar u atrof-muhitga issiqlikni qabul qilsa yoki berib, ish hosil qila olsa va tashqi muhit tizimda ishni bajara olsa, u izolyatsiyalanmagan yoki ochiq deb ataladi. Agar tizim atrof-muhit bilan issiqlik almashsa va tizim ichidagi bosimning o'zgarishi atrof-muhitga ta'sir qilmasa va ikkinchisi tizimda ishlay olmasa, tizim izolyatsiya qilingan yoki yopiq hisoblanadi.

Termodinamik tizimlar statistik jihatdan katta miqdordagi zarrachalardan iborat.

Muayyan tashqi sharoitlarda termodinamik tizim (yoki izolyatsiya qilingan tizim) vaqt o'tishi bilan uning parametrlarining doimiyligi va tizimda materiya va issiqlik oqimlarining yo'qligi bilan tavsiflangan holatga keladi. Tizimning bu holati muvozanat yoki muvozanat holati deb ataladi. Tizim bu holatdan o'z-o'zidan chiqa olmaydi. Muvozanat bo'lmagan tizimning holati nomutanosiblik deyiladi. Tizimning tashqi ta'sirlar ta'sirida yuzaga kelgan nomutanosiblik holatidan muvozanat holatiga bosqichma-bosqich o?tish jarayoni relaksatsiya, tizimning muvozanat holatiga qaytish vaqti esa relaksatsiya vaqti deyiladi.

Bunday holda, termodinamik tizim tizimning ichki energiyasini kamaytirish orqali kengaytirish ishlarini bajaradi.

Termodinamik tizim termodinamikaning o?rganish ob'yekti bo?lib, bir-biri bilan va atrof-muhit bilan energetik ta'sir ko?rsatadigan va u bilan modda almashuvchi jismlar yig?indisidir.

Doimiy tashqi sharoitlarda o'z-o'zidan qoldirilgan termodinamik tizim barcha parametrlarning doimiyligi va makroskopik harakatlarning yo'qligi bilan tavsiflangan muvozanat holatiga keladi. Tizimning bunday holati termodinamik muvozanat holati deb ataladi.

Termodinamik tizim cheklangan miqdordagi mustaqil o'zgaruvchilar - termodinamik parametrlar deb ataladigan makroskopik miqdorlar bilan tavsiflanadi. Termodinamik tizimni mexanik tizimdan ajratib turadigan mustaqil makroskopik parametrlaridan biri bu issiqlik harakati intensivligining o'lchovi sifatidagi haroratdir. Tana harorati atrof-muhit bilan issiqlik almashinuvi va issiqlik manbalarining ta'siri va deformatsiya jarayonining o'zi natijasida o'zgarishi mumkin. Deformatsiya va harorat o'rtasidagi bog'liqlik termodinamika yordamida o'rnatiladi.

Termodinamik tizim- bu moddiy dunyoning atrof-muhitdan real yoki xayoliy chegaralar bilan ajratilgan qismi va termodinamikaning o'rganish ob'ekti hisoblanadi. Atrof-muhit hajmi jihatidan ancha katta va shuning uchun undagi o'zgarishlar tizim holatidagi o'zgarishlarga nisbatan ahamiyatsiz. Bir yoki bir nechta jismlardan tashkil topgan mexanik tizimlardan farqli o'laroq, termodinamik tizim juda ko'p sonli zarralarni o'z ichiga oladi, bu butunlay yangi xususiyatlarni keltirib chiqaradi va bunday tizimlarning holati va xatti-harakatlarini tavsiflashda turli xil yondashuvlarni talab qiladi. Termodinamik tizim bu makroskopik ob'ekt.

Termodinamik tizimlarning tasnifi

1. Tarkibi bo'yicha

Termodinamik tizim tarkibiy qismlardan iborat. Komponent - tizimdan ajratib olinadigan va undan tashqarida mavjud bo'lgan moddadir, ya'ni. komponentlar mustaqil moddalardir.

Bir komponentli.

Ikki komponentli yoki ikkilik.

Uch komponentli - uchlik.

Ko'p komponentli.

2. Fazali tarkibi bo'yicha- bir hil va heterojen

Bir hil tizimlar tizimning istalgan nuqtasida bir xil makroskopik xususiyatlarga ega, birinchi navbatda, harorat, bosim, kontsentratsiya, shuningdek, ko'plab boshqalar, masalan, sindirish ko'rsatkichi, dielektrik doimiy, kristal tuzilishi va boshqalar Bir hil tizimlar bir fazadan iborat.

Bosqich boshqa fazalardan interfeys orqali ajratilgan va o'ziga xos holat tenglamasi bilan tavsiflangan tizimning bir hil qismidir. Agregatsiya bosqichi va holati bir-biriga o'xshash, ammo bir xil tushunchalar emas. Agregatning atigi 4 ta holati mavjud; yana ko'p fazalar bo'lishi mumkin.

Heterojen tizimlar kamida ikki bosqichdan iborat.

3. Atrof-muhit bilan bog'lanish turlari bo'yicha(atrof-muhit bilan almashish imkoniyatlariga ko'ra).

Izolyatsiya qilingan tizim atrof-muhit bilan energiya ham, modda ham almashmaydi. Bu ideallashtirilgan tizim bo'lib, uni eksperimental tarzda o'rganish mumkin emas.

Yopiq tizim atrof-muhit bilan energiya almashishi mumkin, lekin materiya almashmaydi.

Ochiq tizim ham energiya, ham moddalar almashinuvini amalga oshiradi

TDS holati

TDS holati uning barcha o'lchanadigan makroskopik xususiyatlarining yig'indisi bo'lib, shuning uchun miqdoriy ifodaga ega. Xususiyatlarning makroskopik tabiati shuni anglatadiki, ular yaqin binar tuzilmani (T, p, V, c, U, n k) tashkil etuvchi alohida zarrachalarga emas, balki faqat butun tizimga tegishli bo'lishi mumkin. Davlatning miqdoriy xarakteristikalari o'zaro bog'liqdir. Shuning uchun, deb ataladigan tizim xususiyatlarining minimal to'plami mavjud parametrlari , spetsifikatsiyasi tizimning xususiyatlarini to'liq tavsiflash imkonini beradi. Ushbu parametrlarning soni tizim turiga bog'liq. Eng oddiy holatda, muvozanat holatidagi yopiq bir hil gaz tizimi uchun faqat 2 parametrni o'rnatish kifoya. Ochiq tizim uchun tizimning ushbu 2 ta xarakteristikasiga qo'shimcha ravishda har bir komponentning mol sonini ko'rsatish kerak.

Termodinamik o'zgaruvchilar quyidagilarga bo'linadi:

- tashqi, atrof-muhitdagi tizimning xususiyatlari va koordinatalari bilan belgilanadigan va tizimning atrof-muhit bilan aloqalariga bog'liq bo'lgan, masalan, tarkibiy qismlarning massasi va soni, elektr maydon kuchi, bunday o'zgaruvchilar soni cheklangan;

- ichki, tizimning xususiyatlarini tavsiflovchi, masalan, zichlik, ichki energiya, bunday parametrlarning soni cheksizdir;

- keng qamrovli, tizimning massasiga yoki zarrachalar soniga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'lgan, masalan, hajm, energiya, entropiya, issiqlik sig'imi;

-shiddatli, tizimning massasiga bog'liq bo'lmagan, masalan, harorat, bosim.

TDS parametrlari deb ataladigan munosabat bilan bir-biriga bog'langan tenglama holati tizimlari. Uning umumiy ko'rinishi f(p, V , T)= 0. FH ning eng muhim vazifalaridan biri har qanday tizimning holat tenglamasini topishdir. Hozircha aniq holat tenglamasi faqat ideal gazlar uchun ma'lum (Klapeyron-Mendeleyev tenglamasi).

pV = nRT, ( 1.1)

Qayerda R– universal gaz doimiysi = 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. Haqiqiy gazlar faqat taxminan bu tenglama bilan tavsiflanadi va bosim qanchalik baland va harorat past bo'lsa, bu holat tenglamasidan og'ish shunchalik katta bo'ladi.

Farqlash muvozanat Va muvozanatsizlik TDS holati.

Klassik termodinamika odatda yaqin ikkilik sistemalarning muvozanat holatlarini hisobga olish bilan cheklanadi. Muvozanat - bu TDS o'z-o'zidan keladigan holat va u tashqi ta'sirlar bo'lmaganda cheksiz mavjud bo'lishi mumkin. Muvozanat holatini aniqlash uchun har doim muvozanatsiz tizimlarga qaraganda kamroq parametrlar talab qilinadi.

Muvozanat holati quyidagilarga bo'linadi:

- barqaror(barqaror) har qanday cheksiz kichik ta'sir holatning faqat cheksiz kichik o'zgarishiga olib keladigan holat va bu ta'sir bartaraf etilgach, tizim o'zining dastlabki holatiga qaytadi;

- metastabil ba'zi yakuniy ta'sirlar bu ta'sirlar bartaraf etilganda yo'qolmaydigan holatdagi yakuniy o'zgarishlarni keltirib chiqaradigan holat.

Termodinamik o'zgaruvchilardan kamida bittasining o'zgarishi bilan bog'liq bo'lgan yaqin jismli tizim holatining o'zgarishi deyiladi. termodinamik jarayon. Termodinamik jarayonlarni tavsiflashning o'ziga xos xususiyati shundaki, ular xususiyatlarning o'zgarish tezligi bilan emas, balki o'zgarishlarning kattaligi bilan tavsiflanadi. Termodinamikada jarayon - bu termodinamik parametrlarning dastlabki to'plamidan oxirgisiga qadar bo'lgan tizim holatlarining ketma-ketligi. Quyidagi termodinamik jarayonlar ajralib turadi:

- o'z-o'zidan, uni amalga oshirish uchun siz energiya sarflashingiz shart emas;

- o'z-o'zidan bo'lmagan, faqat energiya sarflanganda paydo bo'ladi;

- qaytarib bo'lmaydigan(yoki nomutanosiblik) - jarayon natijasida tizimni asl holatiga qaytarish mumkin bo'lmaganda.

-qaytariladigan - bu bir xil oraliq holatlar orqali oldinga va orqaga o'tadigan ideallashtirilgan jarayonlar va tsikl tugagandan so'ng tizimda ham, muhitda ham o'zgarishlar kuzatilmaydi.

Status funktsiyalari- bu faqat davlat parametrlariga bog'liq bo'lgan, lekin unga erishish usuliga bog'liq bo'lmagan tizimning xususiyatlari.

Davlat funktsiyalari quyidagi xususiyatlar bilan tavsiflanadi:

Funktsiyaning cheksiz kichik o'zgarishi f umumiy farq hisoblanadi df;

1-holatdan 2-holatga o?tishda funksiyaning o?zgarishi faqat shu holatlar tomonidan aniqlanadi ? df = f 2 – f 1

Har qanday tsiklik jarayon natijasida holat funktsiyasi o'zgarmaydi, ya'ni. nolga teng.

Issiqlik va ish- RDS va atrof-muhit o'rtasida energiya almashinuvi usullari. Issiqlik va ish jarayonning o'ziga xos xususiyati bo'lib, ular davlat funktsiyalari emas;

Ish- ob'ektning yo'naltirilgan harakati sodir bo'lganda makroskopik darajadagi energiya almashinuvi shakli. Ish tashqi kuchlarga qarshi tizim tomonidan bajarilsa, ijobiy hisoblanadi.

Issiqlik- mikroskopik darajadagi energiya almashinuvi shakli, ya'ni. molekulalarning xaotik harakatining o'zgarishi shaklida. Tizim tomonidan qabul qilingan issiqlik va uning ustida bajarilgan ishlar ijobiy ekanligi odatda qabul qilinadi, ya'ni. “egoistik tamoyil” amal qiladi .

Eng ko'p ishlatiladigan energiya va ish birliklari, ayniqsa termodinamikada, SI joule (J) va tizimli bo'lmagan birlik kaloriya (1 kal = 4,18 J).

Ob'ektning tabiatiga qarab, turli xil ish turlari ajratiladi:

1. Mexanik - tana harakati

dA mo'yna = - F ex dl.(2.1)

Ish kuch va joy almashishning 2 vektorining skalyar mahsulotidir, ya'ni.

|dA mo'yna | = F dl cosa. Agar tashqi kuchning yo'nalishi ichki kuchlar tomonidan bajariladigan harakatga qarama-qarshi bo'lsa, u holda cosa < 0.

2. Kengaytma operatsiyasi (gazni kengaytirish ko'pincha hisobga olinadi)

dA = - p dV (1.7)

Ammo shuni yodda tutish kerakki, bu ifoda faqat qaytariladigan jarayon uchun amal qiladi.

3. Elektr - elektr zaryadlarining harakati

dA el = -jdq,(2.2)

Qayerda j- elektr potentsiali.

4. Yuzaki - sirt maydonining o'zgarishi;

dA sirt = -sdS,(2.3)

Qayerda s- sirt tarangligi.

5. Ish uchun umumiy ifoda

dA = - Ydx,(2.4)

Y- umumiy kuch; dx- umumlashtirilgan koordinata, shuning uchun ishni deb hisoblash mumkin intensiv omilning mahsuli va ekstensiv omilning o'zgarishi.

6. Kengaytirish ishlaridan tashqari barcha turdagi ishlar deyiladi foydali ish (dA'). dA = rdV + dA’ (2,5)

7. Analogiya bo'yicha biz tushunchani kiritishimiz mumkin kimyoviy yo'nalishda harakatlanayotganda ishlang k- kimyoviy modda; n k– keng xususiyat, intensiv parametr esa m k kimyoviy potentsial deb ataladi k-nchi modda

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

Termodinamik tizim energiya uzatishni tahlil qilishda foydalaniladigan jarayon yoki vositadir. Termodinamik tizim energiyani tahlil qilish va uni o'zgartirish uchun tanlangan haqiqiy yoki xayoliy chegaralar bilan cheklangan har qanday zona yoki makon. Uning chegaralari bo'lishi mumkin harakatsiz yoki mobil.

Metall idishdagi gaz belgilangan chegaralarga ega bo'lgan tizimga misoldir. Agar tsilindrdagi gazni tahlil qilish zarur bo'lsa, idishning devorlari belgilangan chegaralardir. Agar siz balondagi havoni tahlil qilmoqchi bo'lsangiz, sharning yuzasi harakatlanuvchi chegaradir. Agar siz havoni balonda isitsangiz, balonning elastik devorlari cho'zilib ketadi va gazning kengayishi bilan tizimning chegarasi o'zgaradi.

Chegaraga qo'shni bo'shliq atrof-muhit deb ataladi. Hammada bor termodinamik tizimlar manba bo'lishi yoki uni olib qo'yadigan muhit mavjud. Atrof-muhit, shuningdek, tizimda ish qilishi yoki tizimning ishlashini boshdan kechirishi mumkin.

Tizimlar chegaralarga qarab katta yoki kichik bo'lishi mumkin. Masalan, tizim butun sovutish tizimini yoki kompressor tsilindrlaridan biridagi gazni qoplashi mumkin. U vakuumda mavjud bo'lishi mumkin yoki bir yoki bir nechta moddalarning bir necha fazalarini o'z ichiga olishi mumkin. Shuning uchun, haqiqiy tizimlar quruq havo va (ikkita modda) yoki suv va bo'lishi mumkin suv bug'i(bir xil moddaning ikki bosqichi). Bir hil sistema bir moddadan, uning fazalaridan biri yoki bir nechta komponentlarning bir jinsli aralashmasidan iborat.

Tizimlar mavjud yopiq yoki ochiq. Yopiqda faqat energiya uning chegaralarini kesib o'tadi. Binobarin, issiqlik yopiq tizim chegaralari orqali atrof-muhitga yoki atrof-muhitdan tizimga o'tishi mumkin.

Ochiq tizimda energiya ham, massa ham tizimdan muhitga va orqaga o'tishi mumkin. Nasoslar va issiqlik almashtirgichlarni tahlil qilishda ochiq tizim zarur, chunki tahlil paytida suyuqliklar chegaralarni kesib o'tishi kerak. Agar ochiq tizimning massa oqimi barqaror va bir xil bo'lsa, u doimiy oqimli ochiq tizim deyiladi. Ommaviy oqim ochiq yoki yopiq ekanligini ko'rsatadi.

Davlat termodinamik tizim moddaning fizik xususiyatlari bilan belgilanadi. Harorat, bosim, hajm, ichki energiya va entropiya moddaning mavjud holatini belgilaydigan xususiyatlardir. Tizimning holati muvozanat holati bo'lganligi sababli, uni faqat tizimning xususiyatlari barqarorlashganda va endi o'zgarmaganida aniqlash mumkin.

Boshqacha qilib aytganda, tizimning holatini u atrof-muhit bilan muvozanatda bo'lganda tasvirlash mumkin.