I. 1. 2 термодинамическая система. Термодинамические параметры. Уравнение состояния

Термодинамическая система – это макроскопические объекты (тела и поля), которые могут обмениваться энергией, как между собой, так и с внешней средой, т.е. телами и полями, которые являются внешними по отношению к данной системе.

Термодинамическая система может находиться в различных состояниях, отличающихся температурой, давлением, объёмом, удельным объёмом, плотностью и т.д. Подобные величины, характеризующие состояние системы, называются термодинамическими параметрами или параметрами состояния системы.

Давление – физическая величина, численно равная силе, действующей на единицу площади поверхности тела по направлению внешней нормали к этой поверхности

, (I.1)

где – численное значение нормальной силы, действующей на малый участок поверхности тела с площадью .

Удельный объём – величина, обратная плотности тела

. (I.2)

Для однородного тела удельный объём равен объёму тела, масса которого равна единице.

Состояние, в котором хотя бы один из параметров не имеет определённого значения, называется неравновесным.

Если систему, находящуюся в неравновесном состоянии, изолировать от внешней среды, т.е. предоставить самой себе, то она перейдёт в равновесное состояние. Такой переход называется процессом релаксации или просто релаксацией (латинское слово relaxatio означает уменьшение напряжения, ослабление). Время, за которое первоначальное отклонение какой-либо величины от равновесного значения уменьшается в е раз, называется временем релаксации.

Равновесным состоянием – состоянием термодинамического равновесия – называется такое состояние термодинамической системы, в котором отсутствуют всякие потоки (например, энергии, вещества, импульса и т.д.), а макроскопические параметры системы являются установившимися и не изменяются во времени.

Классическая термодинамика утверждает, что изолированная термодинамическая система (предоставленная себе самой) стремится к состоянию термодинамического равновесия и после его достижения не может самопроизвольно из него выйти. Данное утверждение часто называют нулевым началом термодинамики.

Системы,находящиеся в состоянии термодинамического равновесия, обладают следующими свойствами:

· если две термодинамические системы, имеющие тепловой контакт, находятся в состоянии термодинамического равновесия, то и совокупная термодинамическая система находится в состоянии термодинамического равновесия;

· если какая – либо термодинамическая система находится в термодинамическом равновесии с двумя другими системами, то и эти две системы находятся в термодинамическом равновесии друг с другом.

Понятие температуры имеет смысл только для равновесных состояний термодинамической системы.

Температура – физическая величина, характеризующая степень (уровень) теплового состояния термодинамического равновесия макроскопической системы и определяющая направление теплового потока (от высокого уровня к низкому) при теплообмене между телами.

Температура равновесной системы является мерой интенсивности теплового движения её молекул (атомов, ионов). Для равновесной системы частиц, подчиняющихся законам классической статистической физики, средняя, кинетическая энергия теплового движения частиц прямо пропорциональна абсолютной температуре системы.

В международной стоградусной шкале температура измеряется в и обозначается (градус стоградусной шкалы, градус Цельсия).

В термодинамической шкале температур температура измеряется в кельвинах (К) и обозначается Т.

Связь между абсолютной температурой и температурой по стоградусной шкале: .

Температура называется абсолютным нулём температуры.

Параметры состояния системы разделяются на внешние и внутренние.

Внешние параметры системы - физические величины, которые зависят от положения в пространстве и различных свойств тел, являющихся внешними по отношению к данной системе. Например, для газа объём сосуда, в котором находится газ, является внешним параметром, т.к. объём его зависит от расположения внешних тел – стенок сосуда или, например, величины поля силы тяжести.

Внутренние параметры системы – физические величины, зависящие как от положения внешних по отношению к системе тел, так и от координат и скоростей частиц, образующих данную систему. Например, внутренними параметрами газа являются его давление и энергия, т.к. они зависят от координат и скоростей движущихся молекул и от плотности газа.

Термодинамические системы, которые не обмениваются с внешней средой ни энергией, ни веществом, называются изолированными (или замкнутыми).

Уравнением состояния (термическим уравнением состояния) простой системы называется функциональная зависимость равновесного давления р в системе от объёма и температуры

.