Некоторые понятия термодинамики

Термодинамика изучает системы, состоящие из большого числа частиц. Всякий такой материальный объект, состоящий из большого количества частиц, называется макроскопической системой. Совокупность всех тел не входящих в данную макроскопическую систему называется окружающей средой. Поверхность, отделяющая макроскопическую систему от окружающей среды, называется контрольной поверхностью. Макроскопическая система, поверхность которой не допускает обмена массой с окружающей средой, называется закрытой. Макроскопическая система, которая может обмениваться массой с окружающей средой, называется открытой. Макроскопическая система, лишенная возможности обмениваться с окружающей средой, как массой, так и энергией, называется изолированной. Макроскопическая система, изолированная в механическом смысле, т.е. неспособная изменять свой объем называется замкнутой.

Однородная макроскопическая система, т.е. имеющая одинаковые свойства во всех частях, называется гомогенной. Макроскопическая система, состоящая из нескольких частей, разграниченных поверхностями раздела, на которых скачком меняются свойства, называется гетерогенной. Гомогенная часть гетерогенной системы называется фазой.

Состояние системы – это совокупность всех её свойств. В механике мгновенное состояние механической системы определяется координатами и скоростями частиц, из которых состоят система. В молекулярной физике состояние, заданное таким способом, называют микросостоянием или динамическим состоянием. В термодинамике состояния задаются с помощью небольшого числа различных параметров. Все макроскопические признаки, характеризующие макроскопическую систему и её отношение к окружающим телам, называются макроскопическими параметрами (ρ, V, E, n, …). Состояние, описанное с помощью макроскопических параметров, называется макросостоянием. Макроскопические параметры имеют смысл средних значений (за большой промежуток времени) каких-то функций, характеризующих динамическое состояние системы. Например, так можно ввести равновесное значение плотности с молекулярной точки зрения:.

Макроскопические параметры связаны между собой. Макроскопические параметры, полностью определяющие состояние системы, называются независимыми. Величины, не зависящие от предыстории системы и полностью определяемые её состоянием в данный момент, называются функциями состояния. Состояние системы называется стационарным, если параметры системы со временем не меняются. Стационарные состояния системы, в которых нет никаких стационарных потоков, за счет действия внешних источников, называются равновесными. Макроскопическая равновесная система называется термодинамической. Макроскопические параметры, характеризующие систему в состоянии термодинамического равновесия, называются термодинамическими.

Макроскопические параметры, определяющие её отношение к окружающим телам, разделяются на внутренние параметры и внешние. Параметры, определяемые положением тел, не входящих в нашу систему (внешних тел), называются внешними параметрами (напряженность поля и т.д.). Параметры, определяемые совокупным движением и распределением в пространстве, входящих в систему частиц, называются внутренними параметрами (плотность, модуль Юнга и т.д.). В одних случаях параметр может быть внутренним, в других внешним. Например, газ заключен в жестком объеме. В этом случае давление – внутренний параметр, а объем – внешний. Если газ находится под поршнем, который может свободно перемещаться, то давление является внешним параметр, а объем – внутренним параметром. Параметры, которые при разбиении системы на подсистемы, разбиваются на сумму по подсистемам, называются экстенсивными. Параметры, не зависящие от этого разбиения, называются интенсивными параметрами. Объем системы – экстенсивный параметр (общий объем системы складывается из объема каждой части в отдельности). Давление – интенсивный параметр (давление газа не равно сумме давлений отдельных частей, на которые можно разбить объем данного газа). Экстенсивные параметры, отнесённые к единице количества вещества (или массы) системы, называются удельными. Удельные величины являются интенсивными величинами.

Если некоторые параметры системы изменяются со временем, то мы говорим, что в такой системе происходит процесс. В термодинамике большую роль играют круговые процессы или циклы. В цикле конечное состояние системы совпадает с её начальным состоянием.

Изложение термодинамики должно начаться с того, с чего началась история термодинамики – ознакомление с понятием температура.

Лекция 2 Термодинамическое равновесие. Температура и её измерение

Дата добавления: 2014-01-04