Термодинамични параметри - какво е това? Параметри на състоянието на термодинамична система

От дълго време физиците и представителите на други науки бяха начин да опишат това, което наблюдават в хода на своите експерименти. Липсата на общо мнение и наличието на голям брой термини "взети от тавана" доведоха до объркване и недоразумения между колегите. С течение на времето всеки отдел на физиката придоби своите установени дефиниции и мерни единици. Така че имаше термодинамични параметри, обясняващи по-голямата част от макроскопските промени в системата.

дефиниция

Параметрите на състояние или термодинамични параметри са серия от физически величини, които колективно и индивидуално могат да дадат характеристика на наблюдаваната система. Те включват концепции като:

• температура и налягане;
• концентрация, магнитна индукция;
• ентропия;
• енталпия;
• енергиите на Гибс и Хелмхолц и много други.

Подчертава интензивни и обширни параметри. Изчерпателни са тези, които са пряко зависими от масата на термодинамичната система и интензивни - които се определят от други критерии. Не всички параметри са еднакво независими, затова, за да се изчисли равновесното състояние на системата, няколко параметъра трябва да бъдат определени едновременно.

Освен това сред физиците има някои терминологични различия. Същите физически характеристики могат да се наричат ​​в различни автори от процеса, след това от координатите, след това от количеството, от параметъра или дори от собствеността. Всичко зависи от това какво съдържание използва ученият. Но в някои случаи съществуват стандартизирани препоръки, които трябва да се придържат към изготвящите документи, учебници или поръчки.

класификация

Има няколко класификации на термодинамични параметри. Така че, като се започне от първата точка, вече е известно, че всички стойности могат да бъдат разделени на:

• Разширени (добавки) - такива вещества са предмет на закона за добавяне, т.е. тяхната стойност зависи от броя на съставките;
• интензивно - те не зависят от това колко вещество е взето за реакцията, тъй като те са подравнени по време на взаимодействието.

Въз основа на условията, при които се намират веществата, съставляващи системата, стойностите могат да бъдат разделени на тези, които описват фазовите реакции и химическите реакции. Освен това е необходимо да се вземе под внимание свойствата на веществата, реактивен. Те могат да бъдат:

• топломеханична;
• термичен;
• термо.

Освен това всяка термодинамична система изпълнява определена функция, така че параметрите могат да характеризират работата или топлината, произведени от реакцията, и също така да позволят изчисляването на енергията, необходима за пренасяне на масата на частиците.

Променливи на държавата

Състоянието на всяка система, включително термодинамичната, може да се определи чрез комбинация от нейните свойства или характеристики. Всички променливи, които са напълно определени само в определен момент от времето и не зависят от това как системата влезе в това състояние, се наричат ​​термодинамични параметри (променливи) на държавните или държавните функции.

Системата се счита за неподвижна, ако променливите функции не се променят във времето. Една от опциите стационарно състояние - това е термодинамично равновесие. Всеки, дори най-малката промяна в системата, вече е процес и в нея може да има от една до няколко променливи на термодинамичните параметри на държавата. Последователността, в която състоянията на системата непрекъснато се променят, се нарича "начин на процеса".

За съжаление, объркването с термините продължава, тъй като една и съща променлива може да бъде независимо или да е резултат от добавянето на няколко функции на системата. Следователно термини като "държавна функция", "държавен параметър", "състояние променлива" могат да се разглеждат под формата на синоними.

температура

Един от независимите параметри на състоянието на термодинамичната система е температурата. Това е количество, което характеризира количеството кинетична енергия на единица частици в термодинамична система в състояние на равновесие.

Ако се доближим до определението на концепцията от гледна точка на термодинамиката, тогава температурата е обратно пропорционална на промяната в ентропията след добавянето на топлина (енергия) към системата. Когато системата е в равновесие, температурата е еднаква за всички "участници". Ако има разлика в температурата, тогава енергията се отделя от по-загрятото тяло и се абсорбира от по-студеното.

Има термодинамични системи, в които добавянето на енергийна случайност (ентропията) не се увеличава, а напротив - намалява. Освен това, ако такава система взаимодейства с тяло, чиято температура е по-голяма от собствената си, тогава тя ще даде своята кинетична енергия на това тяло, а не обратното (въз основа на законите на термодинамиката).

налягането

Налягането е количество, характеризиращо силата, действаща върху тялото, перпендикулярна на неговата повърхност. За да се изчисли този параметър, е необходимо да се раздели цялото количество сила в зоната на обекта. Единиците на измерване на тази сила ще бъдат поглезени.

В случая на термодинамични параметри газът заема целия наличен обем и освен това молекулите, които го съставят, непрекъснато се движат и се сблъскват един с друг и с плавателния съд, в който се намират. Тези въздействия определят натиска на веществото върху стените на съда или върху тялото, което се поставя в газа. Силата се разпространява във всички посоки равномерно поради непредсказуемото движение на молекулите. За повишаване на налягането е необходимо да се повиши температурата на системата и обратно.

Вътрешна енергия

Основните термодинамични параметри, в зависимост от масата на системата, включват вътрешна енергия. Състои се от кинетичната енергия, дължаща се на движението на молекулите на материята, както и от потенциалната енергия, която се появява, когато молекулите взаимодействат помежду си.

Този параметър е единичен. Това означава, че стойността на вътрешната енергия е постоянна, когато системата е в правилното състояние, независимо от начина, по който е постигната.

Невъзможно е да се промени вътрешната енергия. Той се състои от топлината, генерирана от системата и произведената от нея работа. За някои процеси се вземат предвид и други параметри като температура, ентропия, налягане, потенциал и брой молекули.

ентропия

Вторият закон на термодинамиката казва, че ентропията изолирана система не намалява. Друга формулировка предполага, че енергията никога не преминава от тяло с по-ниска температура до по-нагрята. Това на свой ред отрича възможността за създаване на вечна машина за движение, тъй като цялата налична за тялото енергия не може да бъде прехвърлена на работа.

Самата концепция за "ентропията" е въведена в средата на 19 век. След това се възприема като промяна в количеството топлина до температурата на системата. Но това определение е подходящо само за процеси, които са постоянно в състояние на равновесие. От това можем да заключим следното заключение: ако температурата на телата, съставляващи системата, има тенденция към нула, тогава ентропията също ще бъде нула.

Ентропията като термодинамичен параметър на състоянието на газа се използва като индикация за измерването на случайността, случайността на движението на частиците. Той се използва за определяне на разпределението на молекулите в определен регион и съд или за изчисляване на електромагнитната сила на взаимодействие между йоните на дадено вещество.

енталпия

Енталпията е енергия, която може да се превърне в топлина (или работа) при постоянно налягане. Това е потенциала на системата, която е в състояние на равновесие, ако изследователят знае нивото на ентропията, броя на молекулите и натиска.

В случая, когато се посочва термодинамичният параметър на идеален газ, вместо енталпията се използва фразата "енергията на разширената система". За да бъде по-лесно да обясним тази стойност на себе си, е възможно да си представим съд, напълнен с газ, който е равномерно компресиран от бутало (например двигател с вътрешно горене). В този случай енталпията ще бъде равна не само на вътрешната енергия на веществото, но и на работата, която трябва да се направи, за да се доведе системата до необходимото състояние. Промяната на този параметър зависи само от първоначалното и крайното състояние на системата и пътят, до който ще се получи, не играе роля.

Гибс Енергия

Термодинамичните параметри и процеси в по-голямата си част са свързани с енергийния потенциал на веществата, които изграждат системата. По този начин енергията на Гибс е еквивалентът на общата химическа енергия на системата. Той показва какви промени ще настъпят в процеса на химичните реакции и дали веществата ще взаимодействат изобщо.

Промяната в количеството енергия и температура на системата по време на реакцията засяга такива понятия като енталпия и ентропия. Разликата между тези два параметъра ще бъде наречена Gibbs енергия или изобаричен-изотермичен потенциал.

Минималната стойност на тази енергия се наблюдава в случаите, когато системата е в равновесие и нейното налягане, температура и количество на материята остават непроменени.

Helmholtz енергия

Helmholtz енергия (според други източници - само безплатна енергия) е потенциално количество енергия, която ще бъде загубена от системата при взаимодействие с органи, които не са част от нея.

Концепцията за свободна енергия на Helmholtz често се използва, за да се определи каква максимална ефективност дадена система може да изпълни, т.е. колко топлина ще бъде освободена, когато веществата се прехвърлят от една държава в друга.

Ако системата е в състояние на термодинамично равновесие (т.е. не извършва никаква работа), тогава нивото на свободната енергия е минимално. Така че не се случва и промяната на други параметри, като температура, налягане, брой частици.