8.3. Термодинамика равновесных состояний

8.3.1. Параметры термодинамической системы

Термодинамическая система  совокупность макроскопических тел, которые могут взаимодействовать между собой и с другими телами (окружающей средой) путем обмена с ними энергией и веществом.

Существует три типа термодинамических систем: 1) изолированная система, которая не обменивается с окружающей средой ни энергией, ни веществом; 2) замкнутая система, которая обменивается с окружающей средой энергией, но в ней отсутствует обмен веществом; 3) открытая система, в которой осуществляется обмен с окружающей средой и энергией, и веществом.

Любая термодинамическая система характеризуется термодинамическими параметрами  давление р, объем V, температура Т, масса m, молярная концентрация n. Совокупность этих параметров определяет термодинамическое состояние системы. Изменение хотя бы одного из параметров приводит к изменению термодинамического состояния системы. Если параметры термодинамической системы имеют целиком определенные значения и не изменяются со временем при неизменных внешних условиях, то такая система пребывает в равновесном состоянии. Такое состояние характеризуется отсутствием в системе потоков (например, потоков энергии или вещества). Переход системы из одного состояния в другое, сопровождаемое изменением термодинамических параметров, называется термодинамическим процессом.

8.3.2. Внутренняя энергия системы

Внутренняя энергия U включает энергию хаотического (теплового) движения всех микрочастиц системы (молекул, атомов, ионов) и энергию взаимодействия этих частиц. Внутренняя энергия характеризует состояние термодинамической системы, то-есть является функцией состояния системы.

8.3.3. Теплоемкость и удельная теплоемкость

Если тело имеет температуру, отличную от температуры окружающей среды, оно либо отдает, либо приобретает тепловую энергию для достижения теплового равновесия или стационарного состояния.

Теплоемкость тела С  величина, численно равная количеству теплоты, которую необходимо сообщить данному телу для нагревания на 1 К:

С = Q/Т, (8.9)

где Q  количество теплоты, переданное телу для нагревания на Т градусов.

Единица измерения теплоемкости  Дж·К ^-1.

Удельная теплоемкость вещества с  величина, численно равная количеству теплоты, которую необходимо сообщить данному веществу массой 1 кг для нагревания на 1 К:

. (8.10)

Единица измерения удельной теплоемкости  Дж · кг^-1·K^-1.

Связь теплоемкости тела С с удельной теплоемкостью вещества с выражается формулой:

С = с·m. (8.11)

Количество теплоты, необходимое для изменения температуры тела массой m на величину T, определяется как:

Q = cmT, (8.12)

где с  удельная теплоемкость.

Значения удельной теплоемкости воды и некоторых биологических тканей приведены в табл. 8.3.

Табл. 8.3 – Удельная теплоемкость воды и биологических тканей

Вещество или ткань	Удельная теплоемкость, Дж·кг-1·K-1
Вода Кровь Молоко Мед Ткань рыбы Сухая ткань Костная ткань	4186 3894 3891 2229 3500 1674 1256–1675