Что называют термодинамической системой кратко

Обновлено: 05.07.2024

А термодинамическая система или рабочее вещество - это часть Вселенной, выбранная для изучения термодинамикой. Это очень широкое определение, потому что термодинамическая система может быть огромной, как галактика, или небольшим количеством газа, содержащимся в цилиндре.

Все, что окружает термодинамическую систему, включая массу и пространство, является ее средой или средой. Речь идет не об остальной Вселенной, а только об окружающей среде, способной воздействовать на систему.

В термодинамической системе возможен обмен массой или энергией между системой и окружающей средой, в зависимости от типа системы - среды, в которой находятся наблюдатели, изучающие ее.

При анализе термодинамической системы важно установитьграницы (границы или стены), которые могут быть фиксированными или мобильными. Стеклянная или металлическая банка имеет неподвижные стенки, но поршень или поршень имеют подвижные стенки.

Таким образом, граница может быть реальной или воображаемой поверхностью, но в идеале она имеет нулевую толщину, некоторую жесткость и другие характеристики, которые описываются математически.

Воображаемые границы необходимы при изучении систем, которые сами являются частью гораздо более крупных систем, таких как звезда в туманности.

Теплообмен между системой и ее окружением, если таковой имеется, является первоочередной задачей термодинамики. Поэтому стены, допускающие обмен, получили особое название: адиабатические, а те, которые не позволяют его и изолируют систему, - диатермические.

Типы термодинамических систем

Существуют различные типы термодинамических систем, которые классифицируются в зависимости от их способности обмениваться веществом и энергией с окружающей средой, таким образом, мы имеем:

Открытые системы

Допускается обмен вещества и энергии с внешним миром, по этой причине их также называют контрольный объем.

Таким образом моделируются многие инженерные системы, например, домашние водонагреватели и автомобильные радиаторы.

Закрытые системы

Они также известны как контрольная масса и характеризуются отсутствием обмена веществом с окружающей средой. Следовательно, его масса фиксирована, однако энергия может выходить за его пределы, будь то тепло или работа. Таким образом, объем системы может изменяться.

Изолированные системы

Это закрытые системы, в которых предотвращается обмен тепла, работы или любой формы энергии с окружающей средой.

Однородные системы и гетерогенные системы

Описанные системы были классифицированы по их способности обмениваться данными с окружающей средой, но это не единственный критерий. Термодинамические системы также могут быть однородными и неоднородными.

Чистые вещества являются хорошими примерами однородных систем, таких как поваренная соль, хранящаяся в солонке. Напротив, комбинация жидкой воды и водяного пара представляет собой неоднородную систему, так как это два разных состояния, свойства которых различаются.

Примеры термодинамических систем

Как мы видели, термодинамические системы варьируются от самых простых до самых сложных. Однако при их изучении удобно их тщательно определить и попытаться найти все способы упростить анализ.

Давайте посмотрим на несколько примеров реальных систем, которые сопровождают нас в повседневной жизни:

Контейнер погружен в воду

Это очень простая и наглядная термодинамическая система, а также хороший способ приготовления пищи. Содержимое контейнера, будь то яйца, смесь для пирога или другого приготовления, является термодинамической системой, в то время как водяная баня представляет собой среду или среду.

По мере нагрева воды тепло поступает в систему через границу емкости.

Скорость приготовления пищи зависит от нескольких факторов, одним из которых является материал сковороды: керамический или металлический. Мы знаем, что металл является хорошим проводником тепла, поэтому мы ожидаем, что его содержимое быстро нагреется, если используется стальная или алюминиевая кастрюля.

Вместо нагрева системы вы можете охладиться, например, нагреть бутылочку с детским молоком, которая была перегрета. В этом случае система передает тепло водяной бане.

Готовим на сковороде без крышки

Кухня - отличное место для изучения термодинамических процессов. Соус, курица или другая еда, тушенная на открытой сковороде, является примером открытой системы, поскольку разрешены все виды обмена с окружающей средой: добавление приправ, других ингредиентов и изменение добавляемого тепла.

Двигатель внутреннего сгорания

В двигателях внутреннего сгорания автомобилей, мотоциклов, самолетов и лодок имеется смесь газа (воздуха) и топлива, которая подготавливается в карбюраторе и подается в цилиндр, где под действием сгорания становится смесью газов. разные.

Поскольку состав смеси меняется в течение рабочего цикла, это сложная и гетерогенная термодинамическая система.

Кофе или чай в термосе

В термосе кофе или чай дольше остаются горячими. Это контейнер с изолирующими стенками, специально предназначенный для того, чтобы наша система - горячий напиток - не отдавала тепло окружающей среде и не охлаждала.

Фактически термос - это два контейнера, между которыми создается частичный вакуум, чтобы избежать присутствия такой среды, как воздух, которая помогает проводить тепло изнутри наружу контейнера.

Конечно, термос работает и в обратном направлении, он дольше сохраняет напитки холодными.

Яйца

Яйца, которые мы потребляем в пищу, являются прекрасным примером закрытых термодинамических систем, но они позволяют обмениваться энергией с окружающей средой. Яичная скорлупа позволяет теплу курицы вылупиться из зародыша, а также пропускать газы.

Клетки

Клетка является основной единицей живых существ и представляет собой удивительно эффективную термодинамическую систему. В более широком смысле, любое живое существо также можно рассматривать как сложную термодинамическую систему.

Клеточная мембрана, выстилающая внутренние структуры, такие как ядро и митохондрии, является границей между системой и окружающей средой. Это обеспечивает обмен энергией, поступление питательных веществ извне и выход отходов.

Консервы

Консервы - типичные примеры закрытых термодинамических систем.

Нагреватель воды

Вода внутри нагревателя представляет собой открытую термодинамическую систему, поскольку необходимо, чтобы тепло достигло воды, обычно за счет электрического сопротивления, которое нагревается, если нагреватель электрический, или за счет солнечной энергии или пламени, исходящего от зажигалки. к газу.

Абсолютно твёрдое тело с термодинамической точки зрения представляет собой одну-единственную частицу и по этой причине вне зависимости от своих размеров к термодинамическим системам не относится.

Любую часть термодинамической системы называют подсистемой.

Для описания термодинамической системы используются макроскопические параметры, характеризующие не свойства составляющих её частиц, а свойства самой системы: температуру, давление, объём, магнитную индукцию, электрическую поляризацию, массу и химический состав компонентов и др..

Каждая термодинамическая система имеет границы, реальные или условные, отделяющие её от окружающей среды, под которой подразумевают все тела, не включённые в термодинамическую систему. Иногда вместо окружающей среды говорят о термостате, т. е. среде с настолько большой теплоёмкостью, что её температура при теплообмене с изучаемой системой

не меняется. По умолчанию предполагается, что окружающая среда достаточно велика и поэтому её параметры не зависят от протекающих в рассматриваемой системе процессов. Кроме того, обычно подразумевается, что окружающая среда находится в состоянии термодинамического равновесия и её характеристики не зависят от времени и пространственных координат.

Важно, что в состав термодинамической системы включают все частицы, имеющиеся в выделяемой для изучения области пространства. Дело в том, что в термодинамике иногда мысленно разбивают реальную физическую систему на самостоятельные подсистемы объектов с особыми свойствами, и один и тот же объём рассматривают как занимаемый одновременно двумя и более виртуальными квазинезависимыми (слабо взаимодействующими друг с другом) парциальными подсистемами частиц разной природы (например, газовую смесь характеризуют парциальными давлениями составляющих её газов; в газовой плазме одновременно присутствуют ионы и свободные электроны со своими существенно отличными парциальными температурами — ионной и электронной; в кристалле выделяют подсистемы фононов и магнонов; подсистему ядерных спинов парамагнетика характеризуют собственной парциальной спиновой температурой , способной принимать отрицательные значения по шкале Кельвина). Данный формальный приём позволяет вводить для рассматриваемой подсистемы частиц парциальные характеристики, не обязательно имеющие прямое отношение к физической системе как единому целому (см., например, Отрицательная абсолютная температура).

Связанные понятия

Термодинамическое равновесие — состояние системы, при котором остаются неизменными во времени макроскопические величины этой системы (температура, давление, объём, энтропия) в условиях изолированности от окружающей среды. В общем, эти величины не являются постоянными, они лишь флуктуируют (колеблются) возле своих средних значений. Если равновесной системе соответствует несколько состояний, в каждом из которых система может находиться неопределенно долго, то о системе говорят, что она находится в.

Вну́тренняя эне́ргия — принятое в физике сплошных сред, термодинамике и статистической физике название для той части полной энергии термодинамической системы, которая не зависит от выбора системы отсчета и которая в рамках рассматриваемой проблемы может изменяться. То есть для равновесных процессов в системе отсчета, относительно которой центр масс рассматриваемого макроскопического объекта покоится, изменения полной и внутренней энергии всегда совпадают. Перечень составных частей полной энергии.

Пе́рвое нача́ло термодина́мики (первый закон термодинамики) — один из основных законов этой дисциплины, представляющий собой конкретизацию общефизического закона сохранения энергии для термодинамических систем, в которых необходимо учитывать термические, массообменные и химические процессы. В форме закона сохранения (уравнения баланса энергии) первое начало используют в термодинамике потока и в неравновесной термодинамике. В равновесной термодинамике под первым законом термодинамики обычно подразумевают.

Термодинами́ческая фу́нкция состоя́ния — в термодинамике некая функция, зависящая от нескольких независимых параметров, которые однозначно определяют состояние термодинамической системы. Значение термодинамической функции состояния зависит только от состояния термодинамической системы и не зависит от того, как система пришла в это состояние. Частным случаем функций состояний являются термодинамические потенциалы.

Равнове́сный тепловой процесс — тепловой процесс, в котором система проходит непрерывный ряд бесконечно близких равновесных термодинамических состояний.

Упоминания в литературе

В статистической физике результат предположителен и для отдельной частицы представляет ряд возможностей. Процессы в термодинамических системах необратимы и вероятностны, поэтому они не могут быть полностью управляемыми.

Связанные понятия (продолжение)

Квазистатический процесс в термодинамике — идеализированный процесс, состоящий из непрерывно следующих друг за другом квазистатических состояний, в которых характеризующие систему термодинамические величины за время наблюдения не изменяются. Если каждое такое квазистатическое состояние системы близко к состоянию равновесия и, следовательно, систему в каждый момент времени можно считать находящейся в термодинамическом равновесии, то такие процессы называют равновесными, или, точнее, квазиравновесными.

Уравне́ние состоя́ния — соотношение, отражающее для конкретного класса термодинамических систем связь между характеризующими её макроскопическими физическими величинами, такими как температура, давление, объём, химический потенциал, энтропия, внутренняя энергия, энтальпия и др. Уравнения состояния необходимы для получения с помощью математического аппарата термодинамики конкретных результатов, касающихся рассматриваемой системы. Эти уравнения не содержатся в постулатах термодинамики, так что для.

Термодинамическое состояние — совокупность макроскопических параметров, характеризующих состояние термодинамической системы. Выбор параметров конкретной термодинамической системы зависит от целей исследования, связь между параметрами носит название уравнения состояния. Количество независимых параметров, выделяемых среди всех описывающих термодинамическое состояние, называется числом термодинамических степеней свободы. Термодинамические состояния делятся на равновесные и неравновесные, изучаемыми.

Эне́ргия Гельмго́льца (или просто свобо́дная эне́ргия) — термодинамический потенциал, убыль которого в квазистатическом изотермическом процессе равна работе, совершённой системой над внешними телами.

Компоненты (в термодинамике и химии) — независимые составляющие вещества системы, то есть индивидуальные химические вещества, которые необходимы и достаточны для составления данной термодинамической системы, допускают выделение из системы и независимое существование вне её. Изменения масс компонентов выражают все возможные изменения в химическом составе системы, а масса (количество вещества, число частиц) каждого вещества, выбранного в качестве компонента, не зависит от масс (количеств вещества.

Внутренняя энергия термодинамической системы может изменяться двумя способами: посредством совершения работы над системой и посредством теплообмена с окружающей средой. Энергия, которую получает или теряет тело в процессе теплообмена с окружающей средой, называется коли́чеством теплоты́ или просто теплотой. Теплота — это одна из основных термодинамических величин в классической феноменологической термодинамике. Количество теплоты входит в стандартные математические формулировки первого и второго.

Сплошна́я среда́ — механическая система, обладающая бесконечным числом внутренних степеней свободы. Её движение в пространстве, в отличие от других механических систем, описывается не координатами и скоростями отдельных частиц, а скалярным полем плотности и векторным полем скоростей. В зависимости от задач, к этим полям могут добавляться поля других физических величин (концентрация, температура, поляризованность и др.)

Равнове́сие фаз в термодинамике — состояние, при котором фазы в термодинамической системе находятся в состоянии теплового, механического и химического равновесия.

Тепловой процесс (термодинамический процесс) — изменение макроскопического состояния термодинамической системы. Если разница между начальным и конечным состояниями системы бесконечно мала, то такой процесс называют элементарным (инфинитезимальным).

Макроскопи́ческий масшта́б представляет собой масштаб длины, на котором объекты или процессы имеют размеры, поддающиеся измерению и наблюдению невооруженным глазом.

Поверхность раздела фаз — граничная поверхность между любыми двумя контактирующими фазами термодинамической системы. Например, в трёхфазной системе лёд — вода — воздух существуют три поверхности раздела (между льдом и водой, между льдом и воздухом, между водой и воздухом), вне зависимости от того, сколько кусков льда имеется в системе.

Физическая система — объект физических исследований, такое множество взаимосвязанных элементов, отделённых от окружающей среды, что взаимодействует с ней, как целое. При этом под элементами следует понимать физические тела или другие физические системы. Взаимодействие физической системы с окружением, а также связь между отдельными составляющими физической системы реализуется с помощью фундаментальных физических взаимодействий (гравитация, электромагнитное взаимодействие, сильное взаимодействие, слабое.

Обратимый процесс — равновесный термодинамический процесс, который может проходить как в прямом, так и в обратном направлении, проходя через одинаковые промежуточные состояния, причем система возвращается в исходное состояние без затрат энергии, и в окружающей среде не остается макроскопических изменений. Количественным критерием обратимости/необратимости процесса служит возникновение энтропии — эта величина равна нулю при отсутствии необратимых процессов в термодинамической системе и положительна.

Критическая температура фазового перехода — значение температуры в критической точке. При температуре выше критической температуры газ невозможно сконденсировать в жидкое состояние ни при каком давлении.

Универса́льная га́зовая постоя́нная — константа, равная работе расширения одного моля идеального газа в изобарном процессе при увеличении температуры на 1 К. Обозначается латинской буквой R.

Теплово́е движе́ние — процесс хаотичного (беспорядочного) движения частиц, образующих вещество. Чем выше температура, тем больше скорость движения частиц. Чаще всего рассматривается тепловое движение атомов и молекул.

Теплопередача — физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к менее горячему, либо непосредственно (при контакте), или через разделяющую перегородку из какого-либо материала. Когда физические тела одной системы находятся при разной температуре, то происходит передача тепловой энергии, или теплопередача от одного тела к другому до наступления термодинамического равновесия. Самопроизвольная передача тепла всегда происходит от более горячего тела к менее горячему, что является.

Зако́н сохране́ния эне́ргии — фундаментальный закон природы, установленный эмпирически и заключающийся в том, что для изолированной физической системы может быть введена скалярная физическая величина, являющаяся функцией параметров системы и называемая энергией, которая сохраняется с течением времени. Поскольку закон сохранения энергии относится не к конкретным величинам и явлениям, а отражает общую, применимую везде и всегда закономерность, его можно именовать не законом, а принципом сохранения.

Сте́пени свобо́ды — характеристики движения механической системы. Число степеней свободы определяет минимальное количество независимых переменных (обобщённых координат), необходимых для полного описания состояния механической системы. Строгое теоретико-механическое определение: число степеней свободы механической системы есть размерность пространства её состояний с учётом наложенных связей.

Магнитоста́тика — раздел классической электродинамики, изучающий взаимодействие постоянных токов посредством создаваемого ими постоянного магнитного поля и способы расчета магнитного поля в этом случае. Под случаем магнитостатики или приближением магнитостатики понимают выполнение этих условий (постоянства токов и полей — или достаточно медленное их изменение со временем), чтобы можно было пользоваться методами магнитостатики в качестве практически точных или хотя бы приближенных. Магнитостатика.

Нью́тоновская жи́дкость (названная так в честь Исаака Ньютона) — вязкая жидкость, подчиняющаяся в своём течении закону вязкого трения Ньютона, то есть касательное напряжение и градиент скорости в такой жидкости линейно зависимы. Коэффициент пропорциональности между этими величинами известен как вязкость.

Вырождение (квантовая механика) — явление, при котором некоторая физическая величина (например. энергия, импульс и т. д.), характеризующая квантовую физическую систему, принимает одно и то же значение для разных состояний квантовой физической системы. Кратностью вырождения называется число различных состояний квантовой физической системы, имеющих одно и то же значение физической величины.

Третье начало термодинамики (теорема Нернста, тепловая теорема Нернста) — физический принцип, определяющий поведение энтропии при приближении температуры к абсолютному нулю. Является одним из постулатов термодинамики, принимаемым на основе обобщения значительного количества экспериментальных данных по термодинамике гальванических элементов. Теорема сформулирована Вальтером Нернстом в 1906 году. Современная формулировка теоремы принадлежит Максу Планку.

Фе́рми-газ (или идеальный газ Фе́рми — Дира́ка) — газ, состоящий из частиц, удовлетворяющих статистике Ферми — Дирака, имеющих малую массу и высокую концентрацию. Например, электроны в металле. В первом приближении можно считать, что потенциал, действующий на электроны в металле, является постоянной величиной и благодаря сильному экранированию положительно заряженными ионами можно пренебречь электростатическим отталкиванием между электронами. Тогда электроны металла можно рассматривать как идеальный.

Эта статья о физическом понятии. О более общем значении термина, см. статью СкалярСкалярная величина (от лат. scalaris — ступенчатый) в физике — величина, каждое значение которой может быть выражено одним действительным числом. То есть скалярная величина определяется только значением, в отличие от вектора, который кроме значения имеет направление. К скалярным величинам относятся длина, площадь, время, температура и т. д.Скалярная величина, или скаляр согласно математическому энциклопедическому словарю.

Ближний порядок — упорядоченность во взаимном расположении атомов или молекул в веществе, которая (в отличие от дальнего порядка) повторяется лишь на расстояниях, соизмеримых с расстояниями между атомами, то есть ближний порядок — это наличие закономерности в расположении соседних атомов или молекул.

Термодинамика фотонного газа рассматривает электромагнитное излучение, используя понятия и методы термодинамики.

Ниже приведены примеры уравнений непрерывности, которые выражают одинаковую идею непрерывного изменения некоторой величины. Уравнения непрерывности — (сильная) локальная форма законов сохранения.

Моля́рный объём Vm — объём одного моля вещества (простого вещества, химического соединения или смеси) при данной температуре и давлении; величина, получающаяся от деления молярной массы M вещества на его плотность ρ: таким образом, Vm = M/ρ. Молярный объём характеризует плотность упаковки молекул в данном веществе. Для простых веществ иногда используется термин атомный объём.

Межа́томное взаимоде́йствие — электромагнитное взаимодействие электронов и ядра одного атома с электронами и ядром другого атома. Межатомное взаимодействие зависит от расстояния между атомами и электронных оболочек атомов. Мерой межатомного взаимодействия является энергия взаимодействия атомов. Энергия взаимодействия атомов лежит в широком диапазоне. Энергия межатомного взаимодействия является отчётливо выраженной периодической функцией положительного заряда ядра атома.

Физи́ческие сво́йства вещества — свойства, присущие веществу вне химического взаимодействия: температура плавления, температура кипения, вязкость, плотность, диэлектрическая проницаемость, теплоёмкость, теплопроводность, электропроводность, абсорбция, цвет, концентрация, эмиссия, текучесть, индуктивность, радиоактивность.

Твёрдое тело — одно из четырёх основных агрегатных состояний вещества, отличающееся от других агрегатных состояний (жидкости, газов, плазмы) стабильностью формы и характером теплового движения атомов, совершающих малые колебания около положений равновесия.

Физи́ческая кине́тика (др.-греч. κίνησις — движение) — микроскопическая теория процессов в неравновесных средах. В кинетике методами квантовой или классической статистической физики изучают процессы переноса энергии, импульса, заряда и вещества в различных физических системах (газах, плазме, жидкостях, твёрдых телах) и влияние на них внешних полей. В отличие от термодинамики неравновесных процессов и электродинамики сплошных сред, кинетика исходит из представления о молекулярном строении рассматриваемых.

Ква́нтовая жи́дкость — жидкость, свойства которой определяются квантовыми эффектами. Вблизи абсолютного нуля согласно представлениям классической физики, движение атомов должно останавливаться и вещество должно превращаться в кристалл, чего не происходит с некоторыми веществами с малой атомной массой, большой нулевой энергией (и, соответственно, значительными нулевыми колебаниями) и слабым взаимодействием между атомами — то, что они остаются жидкостями, обусловлено квантовыми эффектами, препятствующими.

Электри́ческий ди́польный моме́нт — векторная физическая величина, характеризующая, наряду с суммарным зарядом (и реже используемыми высшими мультипольными моментами), электрические свойства системы заряженных частиц (распределения зарядов) в смысле создаваемого ею поля и действия на неё внешних полей. Главная после суммарного заряда и положения системы в целом (её радиус-вектора) характеристика конфигурации зарядов системы при наблюдении её издали.

Термодинами́ческие ци́клы — круговые процессы в термодинамике, то есть такие процессы, в которых совпадают начальные и конечные параметры, определяющие состояние рабочего тела (давление, объём, температура и энтропия).

Фа́зовый перехо́д (фазовое превращение) в термодинамике — переход вещества из одной термодинамической фазы в другую при изменении внешних условий. С точки зрения движения системы по фазовой диаграмме при изменении её интенсивных параметров (температуры, давления и т. п.), фазовый переход происходит, когда система пересекает линию, разделяющую две фазы. Поскольку разные термодинамические фазы описываются различными уравнениями состояния, всегда можно найти величину, которая скачкообразно меняется.

Термодинамическая система — совокупность и постоянство макроскопических физических тел, которые всегда взаимодействуют между собой и с другими элементами, обмениваясь с ними энергией.

Под системой в термодинамике ими принято понимать макроскопические физические формы, которые состоят из огромного количества частиц, не предполагающие применение макроскопических показателей для описания каждой отдельного элемента. Нет определенных ограничений в природе материальных тел, являющиеся составными компонентами таких концепций. Они могут быть представлены в виде атомов, молекул, электронов, ионов и фотонов

Термодинамические системы бывают трех основных видов:

изолированные – обмен с веществом или энергией с окружающей средой не выполняется;
закрытые - тело не взаимосвязано с окружающей средой;
открытые - есть и энерго- и массообмен с внешним пространством.

Энергию любой термодинамической системы можно разделить на зависящую от положения и движения системы энергию, а также энергию, которая определяется движением и взаимодействием микрочастиц, образующих концепцию. Вторую часть называют в физике внутренней энергией системы.

Особенности термодинамических систем

Рисунок 1. Типы термодинамических систем. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В качестве отличительных характеристик систем в термодинамике можно привести любой предмет, наблюдаемый без использования микроскопов и телескопов.

Чтобы предоставить полноценное описание такой концепции, необходимо подобрать макроскопические детали, посредством которых возможно точно определить давление, объем, температуру, величину магнитной индукции, электрическую поляризацию, химический состав, массу движущихся компонентов.

Готовые работы на аналогичную тему

Для любых термодинамических систем есть условные, либо реальные пределы, отделяющие их от окружающей среды. Вместо них часто рассматривают понятие термостата, которое характеризуется таким высоким показателем теплоемкости, что в случае теплообмена с анализируемой концепцией температурный параметр сохраняет неизменное значение.

В зависимости от общего характера взаимодействия термодинамической системы с окружающей средой, принято выделять:

изолированные виды, которые не обмениваются ни веществом, ни энергией с внешней средой;
адиабатически изолированные- системы, не совершающие обмена с внешней средой веществом, но вступающие в обмен энергией;
закрытые системы- те, у которых нет обмена с веществом, допускается только незначительное изменение величины внутренней энергии;
открытые системы - те что характеризуются полноценной передачей энергии, вещества;
частично открытые – обладают полупроницаемыми перегородками, поэтому не в полной мере участвуют в материальном обмене.

В зависимости от формулировки, значения термодинамической концепции, могут подразделяться на простые и сложные варианты.

Внутренняя энергия систем в термодинамике

Рисунок 2. Внутренняя энергия термодинамической системы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

К основным термодинамическим показателям, которые непосредственно зависят от массы системы, относят внутреннюю энергию.

Она включает в себя кинетическую энергию, обусловленную движением элементарных частиц вещества, а также потенциальную энергию, появляющуюся во время взаимодействия молекул между собой. Этот параметр всегда является однозначным. То есть значение и реализация внутренней энергии постоянны всякий раз, как концепция оказывается в нужном состоянии, независимо от того, каким методом это положение было достигнуто.

В системах, химический состав которых в процессе энергетических преобразований остается неизменным, при определении внутренней энергии важно учитывать только энергию теплового движения материальных частиц.

Хорошим примером такой системы в термодинамике является идеальный газ. Свободная энергия есть определенная работа, которую могло бы совершить физическое тело в изотермическом обратимом процессе, или свободная энергия представляет собой максимально возможной функционал, который может совершить концепция, обладая существенным запасом внутренней энергии. Внутренняя энергия системы приравнивается сумме связанное и свободной напряженности.

Связанная энергия – это та часть внутренней энергии, которая не способна самостоятельно превратиться в работу, – это обесцененный элемент внутренней энергии.

При одной и той же температуре указанный параметр увеличивается с ростом энтропия. Таким образом, энтропия термодинамической системы есть мера обеспеченности ее начальной энергии. В термодинамике есть еще определение – энергетическая потеря в стабильной изолированной системе

Обратимый процесс является термодинамическим процессом, который может быстро проходить как в обратном, так и в прямом направлении, проходя через одинаковые промежуточные положения, причем концепция в итоге возвращается в исходное состояние без затрат внутренней энергии, и в окружающем пространстве не остается макроскопических изменений.

Обратимые процессы дают максимальную работу. Самый лучший результат работы от системы на практике получить невозможно. Это придает обратимым явлениям теоретическую значимость, которая протекает бесконечно медленно, и можно только на небольшие расстояния приблизиться к нему.

Необратимым в науке называется процесс, который нельзя осуществить в противоположную сторону через все те же промежуточные состояния.

Все реальные явления в любом случае необратимы. Примеры таких эффектов: термодиффузия, диффузия, вязкое течение и теплопроводность. Переход кинетической и внутренней энергии макроскопического движения через постоянное трение в теплоту, то есть в саму систему, является необратимым процессом.

Переменные состояния систем

Рисунок 3. Переменные состояния. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Состояние любой термодинамической системы можно определить по текущему сочетанию ее характеристик или свойств. Все новые переменные, которые в полной мере определяются только в определенный момент времени и не зависят от того, как именно концепция пришла в это положение, называются термодинамическими параметрами состояния или основными функциями пространства.

Условность нижней границы связана, помимо прочего, с тем, что для термодинамики важен не размер объекта, а число образующих его частиц. Куб идеального газа с ребром 100 нм при нормальных условиях содержит около 27 000 частиц (см. Постоянная Лошмидта).

Рабочее тело [K 1] , представление о котором используют в технической термодинамике, есть пример термодинамической системы.

Галактические и метагалактические системы термодинамическими не являются [10] .

Любую часть термодинамической системы называют подсистемой.

Для описания термодинамической системы используются макроскопические параметры, характеризующие не свойства составляющих её частиц, а свойства самой системы: температуру, давление, объём, магнитную индукцию, электрическую поляризацию, массу и химический состав компонентов и др. [11] [12] .

Каждая термодинамическая система имеет границы, реальные или условные, отделяющие её от окружающей среды [13] , под которой подразумевают все тела, не включённые в термодинамическую систему [14] . Иногда вместо окружающей среды говорят о термостате [5] , т. е. среде с настолько большой теплоёмкостью, что её температура при теплообмене с изучаемой системой не меняется [15] [16] [17] . По умолчанию предполагается, что окружающая среда достаточно велика и поэтому её параметры не зависят от протекающих в рассматриваемой системе процессов. Кроме того, обычно подразумевается, что окружающая среда находится в состоянии термодинамического равновесия и её характеристики не зависят от времени и пространственных координат.

Важно, что в состав термодинамической системы включают все частицы, имеющиеся в выделяемой для изучения области пространства. Дело в том, что в термодинамике иногда мысленно разбивают реальную физическую систему на самостоятельные подсистемы объектов с особыми свойствами, и один и тот же объём рассматривают как занимаемый одновременно двумя и более виртуальными квазинезависимыми (слабо взаимодействующими друг с другом) парциальными подсистемами частиц разной природы (например, газовую смесь характеризуют парциальными давлениями составляющих её газов [18] ; в газовой плазме одновременно присутствуют ионы и свободные электроны со своими существенно отличными парциальными температурами — ионной и электронной [19] [20] ; в кристалле выделяют подсистемы фононов и магнонов; подсистему ядерных спинов парамагнетика характеризуют собственной парциальной спиновой температурой [21] , способной принимать отрицательные значения по шкале Кельвина [22] [23] [24] ). Данный формальный приём позволяет вводить для рассматриваемой подсистемы частиц парциальные характеристики, не обязательно имеющие прямое отношение к физической системе как единому целому (см., например, Отрицательная абсолютная температура).

Термодинамические системы служат предметом изучения термодинамики, статистической физики и физики сплошных сред.

Читайте также: