Термодинамическое состояние и термодинамический процесс

Термодинамическим состоянием системы (тела) называется совокупность физических свойств, присущих данной системе (телу). Макроскопические величины, характеризующие в целом физические тела в данный момент, называются термодинамическими параметрами состояния.

Параметры подразделяются на интенсивные (не зависящие от массы тела) и экстенсивные (пропорциональные массе тела).

Основными (независимыми) параметрами состояния являются те, при помощи которых можно вполне определенно описать состояние тела и через которые могут быть выражены все другие параметры. К основным параметрам состояния, поддающимся непосредственному измерению, относятся давление Р, удельный объем V и абсолютная температура Т. Они называются термическими параметрами состояния.

К параметрам состояния относятся также внутренняя энергия u, энтальпия i и энтропия s, которые носят названия калорических параметров состояния.

Равновесным термодинамическим состоянием называется состояние рабочего тела, которое не изменяется во времени без внешнего энергетического воздействия. Параметры равновесного состояния по всей массе тела одинаковы и равны соответствующим параметрам внешней среды.

В состоянии равновесия исчезают всякие макроскопические процессы (диффузия, теплообмен, химические реакции), хотя тепловое движение молекул не прекращается. Термодинамика изучает свойства систем, находящихся в равновесном состоянии.

Последовательное изменение состояния тела, происходящее в результате энергетического взаимодействия рабочего тела с окружающей средой, называется термодинамическим процессом.

Процесс, протекающий настолько медленно, что в системе в каждый момент времени успевает установиться равновесное состояние, называется равновесным. В противоположном случае процесс называется неравновесным.

Обратимым называется такой термодинамический процесс, который протекает через одни и те же равновесные состояния, как и прямом, так и в обратном направлениях так, что в системе не происходит никаких остаточных изменений.

Процессы, не удовлетворяющие этому условию, называются необратимыми.

Таким образом, основными условиями осуществления обратимого процесса являются тепловое и механическое равновесие, т.е. равенство температур и давлений рабочего тела и окружающей среды в каждом состоянии процесса (условия внешней обратимости), и отсутствие трения, диффузии и других односторонне направленных процессов (условия внутренней обратимости).

Обратимые процессы в чистом виде в природе и технике не встречаются, т.к. реальные процессы протекают с конечными скоростями, и в рабочем теле не успевают устанавливаться равновесные состояния. Однако, изучение обратимых процессов играет большую роль, т.к. многие реальные процессы близки к ним. Кроме того, обратимые процессы служат мерой сравнения и оценки реальных (необратимых) процессов.

В тех случаях, когда реальные процессы существенно отличаются от обратимых, в практические расчеты вносят соответствующие поправки.

Круговым процессом или циклом называется процесс, в результате осуществления которого рабочее тело возвращается в начальное состояние. Обратимые круговые процессы, являются основой теоретических циклов тепловых двигателей и тепловых машин.