Предмет і задачі термодинаміки.

Термодинаміка – це наука про найбільш загальні властивості

макроскопічних фізичних систем, що знаходяться в стані

термодинамічної рівноваги та про процеси переходу між цими

станами.

Умова виникнення: необхідність розробки теоретичних основ

роботи теплових машин.

Мета виникнення: найефективніше перетворити теплову

енергію в роботу.

Основні моменти вивчення: вивчення термодинамічних

властивостей газів, рідин та твердих тіл, фазових рівноваг і

фазових перетворень, електричних і магнітних властивостей

речовини,

випромінювання, закономірностей протікання хімічних

реакцій і т.д. і т.п.

Поняття: термодинамічна система; рівноважний стан

; термодинамічна рівновага. Термодинамічні параметри стану.

Термодинамічна система – це система, що складається з

макроскопічних тіл і полів, які можуть взаємодіяти між собою

і зовнішнім середовищем (обмінюватися енергією і речовиною)

Рівноважний стан – це стаціонарний стан в якому незмінність

системи у часі не обумовлено зовнішніми діями.

Термодинамічна рівновага двох систем або двох частин

однієї характеризується тим, що їх температури однакові.

Описання термодинамічних систем та визначення їхнього

стану здійснюється за допомогою фізичних величин, що

загалом можуть змінюватися зі зміною умов в яких

знаходиться система. Це такі макроскопічні величини

(термодинамічні параметри стану): температура, тиск,

густина, концентрація, об’єм, напруженість електричного

поля, напруженість магнітних полів та ін.

Ступені вільності (поступальні, обертальні, коливні).

Рівняння стану (калоричне рівняння). Закон рівного

Розподілу Больцмана.

Ступені вільності

В молекулярній фізиці атому розглядаються як матеріальні

Точки. Положення точки в просторі визначається 3-ма

Координатами. Якщо в досліджуваній системі на N матеріальних

точок (атомів) не накладено ніяких зовнішніх зв’язків, які б могли

Обмежувати їхній рух, то для однозначного визначення

Положення всіх точок системи потрібно 3N координат. Число

Таких незалежних координат називають кількістю ступенів

Вільності і позначають i.

Частинки ідеального газу крім поступальних ступенів мають

Ще внутрішні ступені вільності.

Якщо молекула має i-ступенів вільності, то внутрішня енергія

теплового руху 1 моля молекул ідеального газу буде дорівнювати
U=iRT/2

Рівняння стану

Рівня́ння ста́ну — співвідношення між тиском P, об'ємом V і

температурою Т фізично однорідної системи, що перебуває в

стані термодинамічної рівноваги. Рівняння стану одержують

експериментально або визначають теоретично методами

статистичної фізики, виходячи з молекулярно-кінетичних

уявлень про будову даної речовини.

Термічне рівняння стану дозволяє виразити тиск через об'єм

і температуру P = P(V, T) і визначити елементарну роботу

δA = PδV при нескінченно малому розширенні системи δV.

Рівняння стану є необхідним доповненням до термодинамічних

законів, яке робить можливим їх застосування до реальних

речовин. Воно не може бути отримане за допомогою самих

лише законів термодинаміки, а визначається або розраховується

теоретично на основі уявлень про будову речовини

методами статистичної фізики. Рівняння стану є

необхідним доповненням до законів термодинаміки,

що дає змогу використовувати їх для конкретних речовин.

Розпо́діл Ма́ксвелла-Бо́льцмана визначає ймовірність того

, що частинка ідеального газу перебуває в стані з певною енергією.

Ймовірність того, що частинка перебуває в стані з

енергією εk згідно з розподілом Больцмана визначається формулою:

де μ — хімічний

потенціал, T — температура, kB — стала Больцмана.

Поняття: Квазістатичний процес; Замкнута система,

Відкрита система, адіабатна система, гомогенна система,

Гетерогенна система.

Квазістатичний (рівноважний) процес — процес, при якому тіло

(система тіл) проходить неперервний ряд рівноважних станів.

При рівноважному процесі стани тіла повинні змінюватися

Нескінчено повільно. Це значить, що тіло проходить через ряд

Нескінчено близьких станів рівноваги із зовнішнім середовищем.

Замкнута термодинамічна система - ізольована термодинамічна

Система, для якої неможливий обмін із зовнішнім середовищем

Шляхом здійснення роботи.Замкнуті системи в широкому сенсі

Цього терміну відіграють фундаментальну роль у вивченні

Законів природи, оскільки по суті позначають чистоту

Експерименту, вільного від сторонніх чинників.

Відкрита система – термодинамічна система, яка може

Обмінюватися з навколишнім середовищем не тільки

Енергією, а й речовиною.

В стані термодинамічної рівноваги притік речовини до

Відкритої системи і витік речовини з неї зрівноважуються.

В такому стані хімічний потенціал кожного роду

Частинок у системі вирівнюється.

Адіабатна система - система, в якій відсутній теплообмін

З навколишнім середовищем.

Гомогенна система - однорідна система, хімічний склад і

Фізичні властивості якої у всіх частинах однакові або змінюються

Безперервно, без стрибків (між частинами системи немає

Поверхонь розділу). Складові частини гомогенної системи

Не можна відокремити один від одного механічним шляхом.

Гетерогенна система - неоднорідна система, що складається