Термодинамічні системи. Термодинамічні параметри та процеси. Велика енциклопедія нафти та газу

Термодинамічна система- це процес чи середовище, що використовується при аналізі передачі енергії. Термодинамічна система- це будь-яка зона або простір, обмежений дійсними або уявними межами, вибраними для аналізу енергії та її перетворення. Межі її можуть бути нерухомимиабо рухливими.

Газ у металевій посудині є прикладом системи з нерухомими межами. Якщо необхідно проаналізувати газ у балоні для стінки судини - це нерухомі межі. Якщо необхідно проаналізувати повітря в повітряній кулі, поверхня повітряної кулі - рухомий кордон. Якщо нагріти повітря в повітряній кулі, еластичні стінки кульки розтягуються, і межа системи змінюється з розширенням газу.

Простір, суміжний з кордоном, називається середовищем. У всіх термодинамічних системє середовище, яке може бути джерелом або забирати його. Середовище може також виконати роботу над системою або випробовувати на собі роботу системи.

Системи можуть бути більшими чи маленькими, залежно від кордонів. Наприклад, система може охоплювати всю холодильну системуабо газ в одному із циліндрів компресора. Вона може існувати у вакуумі або може містити декілька фаз однієї чи більше речовин. Отже, дійсні системи можуть містити сухе повітря та (дві речовини) або воду та водяна пара(Дві стадії однієї і тієї ж речовини). Однорідна системаскладається з однієї речовини, однієї фази або однорідної суміші декількох компонентів.

Системи бувають замкнутимиабо відкритими. У замкненій лише енергія перетинає її межі. Отже, теплота може переходити через межі замкнутої системи в середу або з середовища в систему.

У відкритій системі і енергія, і маса можуть переходити із системи у середу та назад. При аналізі насосів та теплообмінників необхідна відкрита система, оскільки рідини повинні перетинати кордони під час аналізу. Якщо масова витрата відкритої системи стійка і однорідна, то її називають відкритою системою з постійною витратою. Масова витрата показує, відкрита чи закрита вона.

Стан термодинамічної системи визначається фізичними властивостямиречовини. Температура, тиск, обсяг, внутрішня енергія, та ентропія - це властивості, що визначають стан, при якому існує речовина. Так як стан системи - це стан рівноваги, його можна визначити лише тоді, коли властивості системи стабілізовані і більше не змінюються.

Іншими словами, стан системи можна описати, коли вона перебуває у стані рівноваги з навколишнім середовищем.

Визначення 1

Термодинамічна система - сукупність і сталість макроскопічних фізичних тіл, які завжди взаємодіють між собою та іншими елементами, обмінюючись із нею енергією.

Під системою термодинаміки ними прийнято розуміти макроскопічні фізичні форми, які складаються з величезної кількості частинок, що не передбачають застосування макроскопічних показників для опису кожної окремого елемента. Немає певних обмежень у природі матеріальних тіл, що є складовими компонентами таких концепцій. Вони можуть бути представлені у вигляді атомів, молекул, електронів, іонів та фотонів

Термодинамічні системи бувають трьох основних видів:

ізольовані – обмін із речовиною чи енергією з довкіллям не виконується;
закриті – тіло не взаємопов'язане з навколишнім середовищем;
відкриті - є й енерго- і масообмін із зовнішнім простором.

Енергію будь-якої термодинамічної системи можна розділити на залежну від положення та руху системи енергію, а також енергію, яка визначається рухом та взаємодією мікрочастинок, що утворюють концепцію. Другу частину називають у фізиці внутрішньою енергією системи.

Особливості термодинамічних систем

1. Типи термодинамічних систем. Автор24 - інтернет-біржа студентських робіт

Зауваження 1

Як відмінні характеристики систем у термодинаміці можна навести будь-який предмет, що спостерігається без використання мікроскопів і телескопів.

Щоб надати повноцінний опис такої концепції, необхідно підібрати макроскопічні деталі, за допомогою яких можна точно визначити тиск, об'єм, температуру, величину магнітної індукції, електричну поляризацію, хімічний склад, масу компонентів, що рухаються.

Для будь-яких термодинамічних систем є умовні або реальні межі, що відокремлюють їх від довкілля. Натомість часто розглядають поняття термостата, яке характеризується таким високим показникомтеплоємності, що у разі теплообміну з аналізованою концепцією температурний параметр зберігає постійне значення.

Залежно від загального характерувзаємодії термодинамічної системи з довкіллям, прийнято виділяти:

ізольовані види, які не обмінюються ні речовиною, ні енергією із зовнішнім середовищем;
адіабатично ізольовані-системи, що не здійснюють обміну із зовнішнім середовищем речовиною, але вступають в обмін енергією;
закриті системи-ті, у яких немає обміну з речовиною, допускається лише незначна зміна величини внутрішньої енергії;
відкриті системи- ті, що характеризуються повноцінною передачею енергії, речовини;
частково відкриті – мають напівпроникні перегородки, тому не повною мірою беруть участь у матеріальному обміні.

Залежно від формулювання значення термодинамічної концепції можуть поділятися на прості і складні варіанти.

Внутрішня енергія систем у термодинаміці

2. Внутрішня енергія термодинамічної системи. Автор24 - інтернет-біржа студентських робіт

Зауваження 2

До основних термодинамічних показників, безпосередньо залежать від маси системи, відносять внутрішню енергію.

Вона включає кінетичну енергію, обумовлену рухом елементарних частинок речовини, а також потенційну енергію, що з'являється під час взаємодії молекул між собою. Цей параметр завжди є однозначним. Тобто значення та реалізація внутрішньої енергії постійні щоразу, як концепція виявляється у потрібному стані, незалежно від цього, яким шляхом це становище було досягнуто.

У системах, хімічний склад яких у процесі енергетичних перетворень залишається незмінним, щодо внутрішньої енергії важливо враховувати лише енергію теплового руху матеріальних частинок.

Хорошим прикладом такої системи у термодинаміці є ідеальний газ. Вільна енергія є певна робота, яку могло б здійснити фізичне тіло в ізотермічному оборотному процесі, або вільна енергіяє максимально можливою функціонал, який може зробити концепція, володіючи суттєвим запасом внутрішньої енергії. Внутрішня енергія системи дорівнює сумі пов'язаної та вільної напруженості.

Визначення 2

Пов'язана енергія – це частина внутрішньої енергії, яка здатна самостійно перетворитися на роботу, – це знецінений елемент внутрішньої енергії.

При одній температурі зазначений параметр збільшується зі зростанням ентропія. Таким чином, ентропія термодинамічної системи є мірою забезпеченості її початкової енергії. У термодинаміці є ще визначення – енергетична втрата у стабільній ізольованій системі

Зворотний процес є термодинамічний процес, який може швидко проходити як у зворотному, так і в прямому напрямку, проходячи через однакові проміжні положення, причому концепція в результаті повертається у вихідний стан без витрат внутрішньої енергії, і в навколишньому просторі не залишається макроскопічних змін.

Оборотні процеси дають максимальну роботу. Найкращий результат роботи від системи практично отримати неможливо. Це надає оборотним явищам теоретичну значимість, яка протікає нескінченно повільно, і можна лише на невеликі відстані наблизитись до нього.

Визначення 3

Необоротним в науці називається процес, який не можна здійснити в протилежний бік через ті самі проміжні стани.

Усі реальні явища у разі незворотні. Приклади таких ефектів: термодифузія, дифузія, в'язкий перебіг та теплопровідність. Перехід кінетичної та внутрішньої енергії макроскопічного руху через постійне тертя у теплоту, тобто в саму систему, є незворотним процесом.

Змінні стани систем

Стан будь-якої термодинамічної системи можна визначити за поточним поєднанням її характеристик або властивостей. Всі нові змінні, які повною мірою визначаються тільки в певний момент часу і не залежать від того, як саме концепція прийшла в це положення, називаються термодинамічні параметри стану або основними функціями простору.

Система в термодинаміці вважається стаціонарною, якщо змінні значення з часом залишаються стабільними та не змінюються. Один із варіантів стаціонарного стану - це термодинамічна рівновага. Будь-яка, навіть найменша зміна в концепції, - вже фізичний процестому у ньому може бути від одного до декількох змінних показників стану. Послідовність, у якій стани системи систематично переходять одна в одну, зветься «шлях процесу».

На жаль, плутанина з термінами та детальним описомвсе ще існує, бо одна й та сама змінна в термодинаміці може бути як незалежною, так і результатом складання відразу декількох функцій системи. Тому такі терміни, як "параметр стану", "функція стану", "змінна стани" можуть іноді розглядатися у вигляді синонімів.

Термодинаміка - це наука, що вивчає загальні закономірностіпротікання процесів, що супроводжуються виділенням, поглинанням та перетворенням енергії. Хімічна термодинаміка вивчає взаємні перетворення хімічної енергії та інших її форм – теплової, світлової, електричної тощо, встановлює кількісні закони цих переходів, а також дозволяє передбачити стійкість речовин за заданих умов та їхню здатність вступати в ті чи інші хімічні реакції. Об'єкт термодинамічного розгляду називають термодинамічною системою чи просто системою.

Система– будь-який об'єкт природи, що складається з великої кількостімолекул (структурних одиниць) та відокремлений від інших об'єктів природи реальною або уявною граничною поверхнею (кордоном розділу).

Стан системи – сукупність властивостей системи, дозволяють визначити систему з погляду термодинаміки.

Типи термодинамічних систем:

I. За характером обміну речовиною та енергією з навколишнім середовищем:

1. Ізольована система – не обмінюється із середовищем ні речовиною, ні енергією (Δm = 0; ΔE = 0) - термос.

2. Закрита система– не обмінюється із середовищем речовиною, а може обмінюватися енергією (закрита колба з реагентами).

3. Відкрита система – може обмінюватися із середовищем, як речовиною, і енергією (людське тіло).

ІІ. За агрегатним станом:

1. Гомогенна – відсутність різких змін фізичних та хімічних властивостейпід час переходу від одних областей системи до інших (складаються з однієї фази).

2. Гетерогенна – дві або більше гомогенні системи в одній (складається з двох або кількох фаз).

Фаза- Це частина системи, однорідна у всіх точках за складом та властивостями і відокремлена від інших частин системи поверхнею розділу. Прикладом гомогенної системи може бути водний розчин. Але якщо розчин насичений і дні судини є кристали солей, то аналізована система – гетерогенна (є межа розділу фаз). Іншим прикладом гомогенної системи може бути проста водаАле вода з плаваючим у ній льодом – система гетерогенна.

Фазовий перехід- Перетворення фаз (танення льоду, кипіння води).

Термодинамічний процес- перехід термодинамічної системи з одного стану до іншого, який завжди пов'язаний з порушенням рівноваги системи.

Класифікація термодинамічних процесів:

7. Ізотермічний – постійна температура – T = const

8. Ізобарний - постійний тиск - p = const

9. Ізохорний – постійний обсяг – V = const

Стандартний стан- це стан системи, умовно обраний як стандарт порівняння.

Для газової фази- це стан хімічно чистої речовини в газовій фазі під стандартним тиском 100 кПа (до 1982 року - 1 стандартна атмосфера, 101325 Па, 760 мм ртутного стовпа), маючи на увазі наявність властивостей ідеального газу.

Для безпримісної фазисуміші або розчинника в рідкому або твердому агрегатному стані - це стан хімічно чистої речовини в рідкій або твердій фазі під стандартним тиском.

Для розчину- це стан розчиненої речовини зі стандартною моляльністю 1 моль/кг під стандартним тиском або стандартної концентрації, виходячи з умов, що розчин необмежено розведений.

Для хімічно чистої речовини- це речовина у чітко визначеному агрегатному стані під чітко визначеним, але довільним, стандартним тиском.

У визначення стандартного стану не входить стандартна температура, хоча часто говорять про стандартну температуру, яка дорівнює 25 ° C (298,15 К).

2.2. Основні поняття термодинаміки: внутрішня енергія, робота, теплота

Внутрішня енергія U- загальний запас енергії, включаючи рух молекул, коливання зв'язків, рух електронів, ядер та інших., тобто. всі види енергії крім кінетичної та потенційної енергіїсистеми загалом.

Не можна визначити величину внутрішньої енергії будь-якої системи, але можна визначити зміну внутрішньої енергії ΔU, що відбувається в тому чи іншому процесі при переході системи з одного стану (з енергією U 1) в інший (з енергією U 2):

ΔU залежить від виду та кількості аналізованої речовини та умов її існування.

Сумарна внутрішня енергія продуктів реакції відрізняється від сумарної внутрішньої енергії вихідних речовин, т.к. під час реакції відбувається перебудова електронних оболонок атомів взаємодіючих молекул.

ТЕРМОДИНАМІЧНА СИСТЕМА

Сукупність макроскопіч. тіл, які можуть взаємодіяти між собою і з ін. тілами (зовніш. середовищем) - обмінюватися з ними енергією і в-вом. Т. с. складається з настільки великої кількості структурних ч-ц(Атомів, молекул), що її стан можна характеризувати макроскопіч. параметрами: щільністю, тиском, концентрацією в-в, що утворюють Т. с., і т.д.

РІВНОВАГА ТЕРМОДИНАМІЧНА), якщо параметри системи з часом не змінюються і в системі немає к.-л. стаціонарних потоків (теплоти, в-ва та ін). Для рівноважних Т. с. вводиться поняття температури як параметра, що має однакове значення для всіх макроскопіч. частин системи. Число незалежних параметрів стану дорівнює числу ступенів свободи Т. с., Інші параметри можуть бути виражені через незалежні за допомогою рівняння стану. Св-ва рівноважних Т. с. вивчає рівноважні процеси (термостатика); св-ва нерівноважних систем - .

У термодинаміці розглядають: закриті Т. с., які не обмінюються в-вом з ін. системами, що обмінюються в-вом і енергією з ін. системами; адіабатні Т. с., в яких брало відсутня з ін. системами; ізольовані Т. с., які не обмінюються з ін. системами ні енергією, ні в-вом. Якщо система не ізольована, її стан може змінюватися; зміна стану Т. с. зв. термодинамічний процес. Т. с. може бути фізично однорідною (гомогенной системою) і неоднорідною (гетерогенною системою), що складається з дек. однорідних елементів із різними фіз. св-вами. В результаті фазових та хім. перетворень гомогенна Т. с. може стати гетерогенною та навпаки.

Фізичний енциклопедичний словник. - М: Радянська енциклопедія. . 1983 .

ТЕРМОДИНАМІЧНА СИСТЕМА

Сукупність макроскопіч. тіл, які можуть взаємодіяти між собою і з ін. тілами (зовніш. середовищем) - обмінюватися з ними енергією і речовиною. Т. с. складається з настільки великої кількості структурних частинок (атомів, молекул), що її со-сто можна характеризувати макроскопич. параметрами: щільністю, тиском, концентрацією речовин, що утворюють Т. с., і т.д.

Т. с. перебуває у рівновазі (див. рівновага термодинамічна),якщо параметри системи з часом не змінюються і в системі немає к.-л. стаціонарних потоків (теплоти, речовини та ін). Для рівноважних Т. с. вводиться поняття температурияк параметра стану,має однакове значення всім макроскопич. частин системи. Число незалежних параметрів стану дорівнює числу ступенів свободиТ. с., інші параметри можуть бути виражені через незалежні за допомогою рівняння стану.Властивості рівноважних Т. с. вивчає термодинамікарівноважних процесів (термостатика), властивості нерівноважних систем - термодинаміка нерівноважних процесів

У термодинаміці розглядають: закриті Т. с., не обмінюються речовиною з ін. системами; відкриті системи,які обмінюються речовиною та енергією з ін. системами; а д і а б а т н е Т. с., в яких брало відсутній теплообмін з ін. системами; і з о л і р о в а н і ні Т. гомогенною системою)і неоднорідною ( гетерогенною системою),що складається з кількох однорідних частин із різними фіз. властивостями. В результаті фазових та хім. перетворень (див. Фазовий перехід) гомогенна Т. с. може стати гетерогенною та навпаки.

Літ.:Епштейн П. С., Курс термодинаміки, пров. з англ., М-Л., 1948; Леонтович М. А., Введення в термодинаміку, 2 видавництва, М.-Л., 1951; Самойлович А, Р., Термодинаміка та , 2 видавництва, М., 1955.

Фізична енциклопедія. У 5-ти томах. - М: Радянська енциклопедія. Головний редактор А. М. Прохоров. 1988 .

Дивитись що таке "ТЕРМОДИНАМІЧНА СИСТЕМА" в інших словниках:

Макроскопічне тіло, виділене з навколишнього середовища за допомогою перегородок або оболонок (вони можуть бути також і уявними, умовними) і що характеризується макроскопічними параметрами: обсягом, температурою, тиском та ін. Великий Енциклопедичний словник

термодинамічна система- Термодинамічна система; система Сукупність тіл, які можуть енергетично взаємодіяти між собою та з іншими тілами та обмінюватися з ними речовиною … Політехнічний термінологічний тлумачний словник

ТЕРМОДИНАМІЧНА СИСТЕМА- Сукупність фіз. тіл, які можуть обмінюватися між собою та з ін. тілами (зовнішнім середовищем) енергією та речовиною. Т. с. є будь-яка система, що складається з дуже великої кількості молекул, атомів, електронів та ін частинок, що мають безліч ... Велика політехнічна енциклопедія

термодинамічна система- тіло (сукупність тіл), здатне (здатних) обмінюватися з іншими тілами (між собою) енергією та (або) речовиною. [Збірник термінів, що рекомендуються. Випуск 103. Термодинаміка. Академія наук СРСР. Комітет науково технічної термінології. 1984 р. Довідник технічного перекладача

термодинамічна система- довільно обрана частина простору, що містить одну або кілька речовин і відокремлена від зовнішнього середовища реальною або умовною оболонкою. Загальна хімія: підручник / А. В. Жолнін … Хімічні терміни

термодинамічна система- макроскопічне тіло, відокремлене від навколишнього середовища реальними або уявними межами, яке можна охарактеризувати термодинамічних параметрів: об'ємом, температурою, тиском та ін. Розрізняють ізольовані, … Енциклопедичний словник з металургії

Макроскопічне тіло, виділене з навколишнього середовища за допомогою перегородок або оболонок (вони можуть бути також і уявними, умовними), яке можна характеризувати макроскопічними параметрами: об'ємом, температурою, тиском та ін. Енциклопедичний словник

Термодинаміка … Вікіпедія

термодинамічна система- termodinaminė sistema statusas T sritis chemija apibrėžtis Kūnas (kūnų visuma), kurį nuo aplinkos skiria reali ar įsivaizduojama riba. atitikmenys: англ. thermodynamic system rus. термодинамічна система … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

термодинамічна система- termodinaminė sistema statusas T sritis fizika atitikmenys: англ. thermodynamic system vok. thermodynamisches System, n rus. термодинамічна система f pranc. système thermodynamique, m … Fizikos terminų žodynas

Вступ. 2

Термодинаміка. Загальне поняття. 3

Поняття термодинамічної системи.

Види термодинамічних систем.

Термодинамічні процеси.

Зворотні та незворотні процеси.

Внутрішня енергія системи. 10

Нульовий початок термодинаміки.

Перший початок термодинаміки.

Другий початок термодинаміки.

Третій початок термодинаміки.

Наслідки. 17

Недосяжність абсолютного нуля температур. 17

Поведінка термодинамічних коефіцієнтів. 17

Вступ

Ми постійно стикаємося не тільки з механічним рухом, але і з тепловими явищами, які пов'язані зі зміною температури тіла або переходом речовин у різний агрегатний стан - рідкий, газоподібний або твердий.

Теплові процеси мають велике значення для життя на Землі, оскільки білок здатний до життєдіяльності лише в певному інтервалі температур. Життя Землі залежить від температури довкілля.

Люди досягли відносної незалежності від навколишнього середовища після того, як навчилися добувати вогонь. Це було одним з найбільших відкриттівна зорі людства.

Термодинаміка є наукою про теплові явища, в яких не враховується молекулярна будовател. Закони термодинаміки та їх застосування будуть розглянуті у цьому рефераті.

Термодинаміка. Загальне поняття

Початки термодинаміки - сукупність постулатів, що у основі термодинаміки. Ці положення були встановлені в результаті наукових дослідженьта були доведені експериментально. Як постулати вони приймаються для того, щоб термодинаміку можна було побудувати аксіоматично.

Необхідність початків термодинаміки пов'язана з тим, що термодинаміка описує макроскопічні параметри систем без конкретних припущень щодо їх мікроскопічного пристрою. Запитаннями внутрішнього пристроюзаймається статистична фізика.

Початки термодинаміки незалежні, тобто жодна з них не може бути виведена з інших початків.

Перелік почав термодинаміки

· Перший початок термодинаміки є закон збереження енергії у застосуванні до термодинамічних систем.

· Другий початок термодинаміки накладає обмеження на напрямок термодинамічних процесів, забороняючи мимовільну передачу тепла від менш нагрітих тіл до більш нагрітих. Також формулюється як закон зростання ентропії.

· Третій початок термодинаміки говорить про те, як ентропія поводиться поблизу абсолютного нуля температур.

· Нульовим (або загальним) початком термодинаміки іноді називають принцип, згідно з яким замкнута системанезалежно від початкового стану приходить до стану термодинамічної рівноваги і самостійно вийти з нього не може.

Поняття термодинамічної системи

Термодинамічною системою називається всяка фізична система, що складається з великої кількості частинок-атомів і молекул, які здійснюють нескінченний тепловий рух і взаємодіють один з одним, обмінюються енергіями. Такими термодинамічними системами, і до того ж найпростішими, є гази, молекули яких здійснюють безладний поступальний та обертальний рух і при зіткненнях обмінюються кінетичними енергіями. Термодинамічні системи є також тверді і рідкі речовини.

Молекули твердих тілздійснюють безладні коливання навколо своїх положень рівноваги, обмін енергіями між молекулами відбувається завдяки їхній безперервній взаємодії, внаслідок чого зміщення однієї молекули від свого положення рівноваги негайно відбивається на розташуванні та швидкості руху сусідніх молекул. Оскільки середня енергія теплового руху молекул пов'язана з температурою, температура є найважливішою фізичною величиною, що характеризує різні стани термодинамічних систем. Крім температури стан таких систем визначається також і обсягом, які вони займають, і зовнішнім тиском або зовнішніми силами, що діють на систему.

Важливою властивістю термодинамічних систем є існування вони рівноважних станів, у яких можуть перебувати скільки завгодно довго. Якщо термодинамическую систему, що у одному з рівноважних станів, надати деяке зовнішнє вплив і потім припинити його, то система мимоволі перетворюється на новий рівноважний стан. Однак слід підкреслити, що тенденція до переходу в рівноважний стан діє завжди і безперервно, навіть поза тим часом, коли система піддається зовнішньому впливу.

Ця тенденція або, точніше, постійне існування процесів, що ведуть до досягнення рівноважного стану найважливішою особливістютермодинамічні системи.

Стан ізольованої термодинамічної системи, які, незважаючи на відсутність зовнішніх впливів, не зберігаються протягом кінцевих проміжків часу, називається нерівноважними. Система, що перебуває в нерівноважному стані, з часом переходить в рівноважний стан. Час переходу з нерівноважного стану до рівноважного називається часом релаксації. Зворотний перехід із рівноважного стану до нерівноважного може бути здійснений за допомогою зовнішніх впливів на систему.

Нерівноважним є, зокрема, стан системи з різними температурами в різних місцях, вирівнювання t 0 в газах, твердих і рідких тілах є перехід цих тіл до рівноважного стану з однаковим t 0 в межах об'єму тіла. Інший приклад нерівноважного стану можна навести, розглядаючи двофазні системи, що складаються з рідини та її пари. Якщо над поверхнею рідини, що знаходиться в закритій посудині, є ненасичена пара, то стан системи нерівноважний: число молекул, що вилітають в одиницю часу з рідини, більше ніж число молекул, що повертаються за цей же час із пари в рідину. Внаслідок цього з часом число молекул у пароподібному стані збільшується доти, доки не встановиться рівноважний стан.

Перехід від рівноважного стану до рівноважного в більшості випадків відбувається безперервно, причому швидкість цього переходу можна за допомогою відповідного зовнішнього впливуплавно регулювати, зробивши процес релаксації або дуже швидким або дуже повільним. Так, наприклад, шляхом механічного перемішування можна помітно підвищити швидкість вирівнювання температури в рідинах або газах, охолоджуючи рідину, можна зробити дуже повільним процес дифузії розчиненої в ній речовини.

Схожі статті