Всі, без виключення, внутрішні ТД-параметри системи є функціями температури системи та зовнішніх параметрів

У термодинаміці рух системи як цілого (тобто рух її центру мас) не розглядається – вся енергія руху системи як цілого вважається такою, що дорівнює нулю. Тому повна енергія системи в ТД ототожнюється з її внутрішньою енергією, пов’язаною з рухом частинок в системі, таким рухом, що залишає центр мас системи на місті. Така внутрішня енергія є однозначною функцією стану системи, тобто суто внутрішнім параметром. Отже, внутрішня енергія обов'язково є функцією температури та зовнішніх параметрів. Якщо сукупність зовнішніх параметрів позначити символом , то внутрішня енергія . З точки зору статистичної фізики внутрішня енергія є просто середньою енергією системи.

В термодинаміці, як і у статистичній фізиці, внутрішню енергію вважають адитивною (екстенсивною) величиною: енергія системи є сумою енергій її частин (підсистем).

ü Перший закон термодинаміки

Внутрішня енергія є основною, базовою формою енергії в термодинаміці. Чи можуть системи, або підсистеми обмінюватися між собою внутрішньою енергією? Досвід показує, що такий обмін є можливим, причому двома принципово різними шляхами.

Атомно-молекулярний процес передачі енергії від системи до системи за рахунок зіткнень частинок, що належать різним системам, в зоні контакту поміж системами (або підсистемами) отримав назву теплопередачі. А кількість внутрішньої енергії, переданої таким специфічним шляхом, називають кількістю теплоти (отриманої чи відданої).

Нехай дві підсистеми мають температури відповідно . Об’єднаємо їх в одну систему (рис.3). Вони перебуватимуть в рівновазі лише при умові . Інакше в системі виникне потік тепла (теплопередача) від тіла с більшою температурою до тіла з меншою. Кількість переданого системою (або отриманого нею) тепла залежить не тільки від стану системи, але також від того, як протікає процес зіткнень поміж частинками в зоні контакту двох систем, наскільки великою є ця зона контакту, як інтенсивно рухаються в ній частинки, тощо. На відміну від зміни внутрішньої енергії , яка є повним диференціалом, тому що залежить лише від початкового () та кінцевого ()стану системи, величина є функцією процесу теплопередачі, - ця величина не є повним диференціалом, а є лише так званою варіацією.

Інший шлях передачі внутрішньої енергії від підсистеми до підсистеми є зміна зовнішніх параметрів (нагадаємо, що внутрішня енергія підсистеми залежить від температури та від сукупності зовнішніх параметрів).

Якщо одна підсистема змінює хоча б один зовнішній параметр іншої підсистеми, то такий шлях передачі внутрішньої енергії від підсистеми до підсистеми називають роботою.

Для рівноважних процесів робота, яка виконується системою при зміні зовнішнього параметру , дорівнює:

(2)

де - так звана узагальнена термодинамічна сила, спряжена зовнішньому параметру. У так званих адіабатичних умовах (при , відсутність теплообміну) завжди маємо , тобто робота виконується підсистемою за рахунок зменшення власної внутрішньої енергії, отже:

(3)

тому маємо, що

(4)

Для прикладу: якщо зміна об’єму підсистеми, то - тиск у підсистемі. І звідси:

(5)

Робота , пов’язана із зміною деякого зовнішнього параметру є іншою, альтернативною до теплопередачі, формою передачі внутрішньої енергії від системи до системи.

Дата добавления: 2014-01-04