Понятие о термодинамической системе

Термодинамическая система(ТС)– совокупность макроскопических тел, которые могут взаимодействовать между собой и с другими телами (внешней средой), обмениваться с ними энергией и веществом.

ТС состоит из такого большого числа структурных частиц (атомов, молекул), что ее состояние можно характеризовать макроскопическими параметрами: плотностью, давлением, концентрацией веществ, температурой, объемом, энтропией и т.д.

ТС находится в равновесии, если параметры системы с течением времени не меняются и в системе нет каких-либо стационарных потоков (теплоты, вещества и др.). Для равновесных ТС вводится понятие температурыкакпараметра состояния, имеющего одинаковое значение для всех макроскопических частей системы. Число независимых параметров состояния равно числустепеней свободы ТС, остальные параметры могут быть выражены через независимые с помощьюуравнений состояния. Свойства равновесных ТС изучаеттермодинамика равновесных процессов(термостатика); свойства неравновесных систем –термодинамика неравновесных процессов.

В термодинамике рассматривают: закрытые ТС, не обменивающиеся веществом с другими системами,открытыеТС, обменивающиеся веществом и энергией с другими системами;адиабатные ТС, в которых отсутствует теплообмен с другими системами;изолированныеТС, не обменивающиеся с другими системами ни энергией, ни веществом.

Если система не изолирована, то ее состояние может изменяться: изменение состояния ТС называют термодинамическим процессом.ТС может быть физически однородной (гомогенная система) и неоднородной (гетерогенная система), состоящей из нескольких однородных частей с разными физическими свойствами. В результате фазовых и химических превращений гомогенная ТС может стать гетерогенной и наоборот.

Равновесные и неравновесные состояния

Равновесным является такое состояние изолированной системы, в которое она переходит по истечении достаточно большого промежутка времени, называемого временем релаксации, зависящего от природы тел, взаимодействия их частиц, характера исходного неравновесного состояния. Если система находится в состоянии равновесия, то в равновесии находятся и отдельные ее макроскопические части. При неизменных внешних условиях такое состояние не меняется со временем. Однако неизменность во времени не является достаточным признаком равновесности состояния. Например, помещенный в термостат участок электрической цепи, по которому течет ток, может находиться в неизменном (стационарном) состоянии практически неограниченное время, но это состояние неравновесно: протекание тока сопровождается необратимым превращением энергии электрического тока в теплоту, отводимую в термостат, в системе имеется градиент температуры.

Равновесное состояние полностью характеризуется небольшим числом физических параметров состояния. Прежде всего, это температура, равенство значений которой для всех частей системы является необходимым условием термодинамического равновесия. Состояние однородных тел полностью фиксируется заданием любых двух из трех величин: температуры Т, объемаVи давленияР. Связь междуР,VиТхарактерна для каждого данного твердого тела, жидкости или газа и называетсяуравнением состояния. В более сложных случаях для полной характеристики равновесного состояния требуются и другие параметры: концентрация компонентов, напряженность электрического поля, магнитная индукция и т.д.