Термодинамические параметры состояния системы

Основные понятия и определения термодинамики

Термодинамика- это наука о взаимном преобразовании различных видов энергии (наиболее часто встречающиеся в природе тепловая и механическая виды энергии).

Объектом изучения термодинамики являются различные термодинамические системы.

Термодинамическая система представляет собой тело (несколько тел), способное обмениваться с другими телами (между собой) энергией и веществом.

То, что находится вне системы называется окружающей средой.

Например, термодинамическая система- это газ, находящейся в цилиндре с поршнем, а окружающая среда- это цилиндр, поршень, воздух, стены помещения.

Различают гомогенные (однородные) и гетерогенные (разнородные) термодинамические системы.

Гомогенная система - это система, внутри которой нет поверхностей раздела (например, вода, газы).

Гетерогенная система - это система, состоящая из нескольких гомогенных частей (фаз) с различными физическими свойствами, отделенных одна от другой видимыми поверхностями раздела (например, вода и пар).

Вещества обычно пребывают в одном из трёх основных состояний: в твердом, жидком или газообразном состоянии. Очевидно, что одно и то же вещество при разных условиях может находиться в различных состояниях и соответственно свойства вещества будут различными.

Свойства термодинамической системы могут быть интенсивными и экстенсивными.

Интенсивными называют свойства, не зависящие от количества вещества в системе (например, давление и температура).

Свойства, зависящие от количества вещества, называют экстенсивными. Примером экстенсивных свойств является объем, который изменяется пропорционально количеству вещества. Объем 10кг вещества при одних и тех же условиях будет в 10 раз больше, чем объем 1кг вещества.

Экстенсивные свойства термодинамической системы, отнесенные к массе вещества или другими словами удельные экстенсивные свойства приобретают смысл интенсивных. Так, удельный объем, удельная теплоёмкость и т.п. рассматриваются в качестве интенсивных свойств.

Интенсивные свойства, определяющие состояние термодинамической системы, называются термодинамическими параметрами состояния системы.

Наиболее удобными и поэтому наиболее распространенными параметрами состояния являются абсолютная температура, абсолютное давление и удельный объем (плотность) системы.

Температурой называется физическая величина, характеризующая степень нагретости тела. Понятие о температуре вытекает из следующего утверждения: если две системы находятся в тепловом контакте, то в случае неравенства их температур они будут обмениваться теплотой друг с другом, если же их температуры равны, то теплообмена не будет.

В качестве термодинамического параметра состояния системы принимают абсолютнуютемпературу Т. Она всегда положительна.

В системе СИ единицей температуры является кельвин (К); на практике широко применяется градус Цельсия (). Соотношение между абсолютной Т и стоградусной t температурами имеет вид:

Давление с точки зрения молекулярно-кинетической теории есть сила ударов молекул газа, находящихся в непрерывном хаотическом движении, о единицу площади стенки сосуда, в котором заключен газ, т.е.:

В системе СИ давление выражается в Паскалях. .

Различают избыточное и абсолютное давление.

Избыточное давление ()- это разность между давлением жидкости или газа в сосуде и давлением окружающей среды. Привести пример!!!

Абсолютное давление ()- это давление, которое отсчитывается от абсолютного нуля давления или другими словами от абсолютного вакуума.

Именно абсолютное давление является термодинамическим параметром состояния системы.

Абсолютное давление определяется:

1). При давлении сосуда больше атмосферного:

2). При давлении сосуда меньше атмосферного:

где - атмосферное давление; - давление вакуума (давление разрежения).

Удельный объем – это величина, которая определяется как отношение объема вещества к его массе:

Между удельным объемом вещества и его плотностью существует очевидное соотношение:

При отсутствии внешних воздействий на термодинамическую систему (например, со стороны гравитационного или электромагнитного поля) состояние системы считается определенным, т.е. известным если заданы 2 интенсивных параметра состояния системы.

Если, например, рассматривается водяной пар при температуре 250⁰С и атмосферном давлении, то удельный объем такого пара может иметь только одно значение 0,23м³/кг.

Таким образом, удельный объем данного вещества однозначно определяется давлением Р и температурой Т.

Если в различных точках термодинамической системы существуют различные значения температур, давлений и других параметров, то такая система является неравновесной.

Если все термодинамические параметры постоянны во времени и одинаковы во всех точках системы, то такое состояние системы называется равновесным.

В классической термодинамике (т.е. термодинамике идеального газа) рассматриваются только равновесные системы.

В простейших равновесных термодинамических системах, которыми являются газы или пары, параметры состояния, т.е. удельный объем, температура и давление связаны уравнением состояния идеального газа:

- для М кг газа:

- для 1кг газа:

где - газовая постоянная, которая определяется по формуле:

где - молекулярная масса газа, .

Изменение состояния термодинамической системы во времени называется термодинамическим процессом. Так, при перемещении поршня в цилиндре объем, а с ним давление и температура находящегося внутри газа будут изменяться, поскольку будет совершаться процесс расширения или сжатия газа.

Если в термодинамическом процессе изменение параметра состояния не зависит от вида процесса, а определяется начальным и конечным состоянием, то параметры состояния называются функцией состояния. Такими параметрами являются, например, внутренняя энергия и энтальпия системы.

Дата добавления: 2014-10-31