Термодинамический процесс

Основные термодинамические параметры состояния р, υ и Т однородного тела зависят друг от друга и связаны соотношением

F (p, u, T) = 0 – уравнение состояния.

Если известно уравнение состояния, то для определения состояния простейших систем – однородных и постоянных по времени, по массе и по составу (состоящих из одной фазы и не изменяющихся химически) – достаточно знать две независимые переменные из трех: p = f₁ (u, T); u = f₂ (p, T); T = f₃ (u, p).

Если внешние условия меняются, то меняется и состояние системы. Совокупность изменений состояния термодинамической системы при переходе из одного равновесного состояния в другое называется термодинамическим процессом.

Равновесное состояние – состояние системы, в котором во всех ее точках давление, температура, удельный объем и другие физические параметры одинаковы.

Равновесный термодинамический процесс – процесс, проходящий через равновесные состояния.

Термодинамика в первую очередь рассматривает равновесные состояния и процессы изменения состояния термодинамической системы. Равновесный процесс осуществляется только в случае бесконечно медленного изменения параметров внешней среды или когда изменения параметров системы малы по сравнению со значениями этих параметров. Реальные процессы – неравновесные, поскольку под влиянием внешних условий они протекают с конечными скоростями, и равновесное состояние не успевает устанавливаться.

С математической точки зрения, уравнение состояния выражает некоторую поверхность – термодинамическую поверхность. Произвольно взятое равновесное состояние – это точка на термодинамической поверхности, а совокупность этих точек при непрерывном изменении состояния – кривая, которая является графическим отображением равновесного процесса.

Параметры состояния системы могут быть:

1) экстенсивные – параметры, значения которых пропорциональны массе системы (объем, энергия, энтропия и др.);

2) интенсивные – параметры, не зависящие от массы системы (р, Т и др.).

Экстенсивные параметры подчиняются закону аддитивности, а интенсивные нет. Измерение экстенсивной величины – это сравнение ее с другой, однородной с ней величиной (длины с длиной, объема с объемом). Измерение интенсивной величины состоит в использовании объективной связи между изменением интенсивной и экстенсивной величины (для измерения температуры используется термометр, который фиксирует интенсивную величину – температуру путем измерения экстенсивной величины – объема ртути).

Теплота и работа

При протекании термодинамического процесса тела, участвующие в нем, обмениваются между собой энергией. В результате энергия одних тел уменьшается, других – увеличивается. Передача энергии может быть осуществлена двумя способами.

1. В форме теплоты (реализуется при непосредственном контакте тел, имеющих разную температуру. Энергия передается от более нагретого тела к менее нагретому. Количество переданной энергии – теплота Q или удельная теплота q, Дж).

2. В форме работы (для передачи энергии тело должно передвигаться в силовом поле или изменять свой объем под действием внешнего давления. Количество переданной энергии – работа L или удельная работа l, Дж).

В общем случае передача энергии в форме теплоты и работы может происходить одновременно. Количество теплоты и работы зависит от характера термодинамического процесса. И теплота, и работа есть формы передачи движения от одних тел к другим, однако работа – макрофизическая форма передачи энергии, а теплота – микрофизическая, поскольку связана с передачей энергии на молекулярном уровне без видимого движения тел. Количество теплоты и работы есть мера энергии, переданной в форме теплоты и работы. Оба параметра зависят от характера процесса, а не определяются только его конечным и начальным состояниями.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: