2. Параметры состояния: давление, удельный объем, температура

Параметрами состояния термодинамической системы являются физические величины, характеризующие состояние системы в целом, то есть макропараметры: температура Т, давление р, удельный объем V, число частиц N, энтропия S, намагниченность, электрическая поляризация и др. Эти параметры характеризуют средние свойства системы, находящейся в состоянии равновесия, причем в классической термодинамике наибольшее значение имеют первые три параметра.

Давление – физическая величина, характеризующая интенсивность перпендикулярных к поверхности сил, с которыми одно тело действует на поверхность другого (например, фундамент здания – на грунт, жидкость – на стенки сосуда, газ в цилиндре двигателя – на поршень и т. п.). Давление в газовой среде связано с передачей импульса при столкновениях находящихся в тепловом движении молекул газа друг с другом или с поверхностью граничащих с газом тел. Давление в газах пропорционально температуре. В отличие от газов, где средние расстояния между хаотически движущимися частицами много больше самих частиц, в жидкостях и твердых телах расстояния между атомами сравнимы с их размерами и определяются равновесием межатомных (межмолекулярных) сил отталкивания и притяжения. При сближении атомов силы отталкивания возрастают и обусловливают так называемое “холодное давление”.

Объем – одна из основных величин, связанных с геометрическими свойствами системы, область пространства, занимаемая системой. В простейших случаях измеряется числом умещающихся в теле единичных кубов, то есть кубов с ребром, равным единице длины.

Температура – физическая величина, характеризующая среднюю кинетическую энергию частиц макроскопической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия. В равновесном состоянии температура имеет одинаковое значение для всех макроскопических частей системы. Это понятие применяют также для характеристики неравновесных систем. Например, яркость небесных тел характеризуют яркостной температурой, спектральный состав излучения – цветовой температурой и т. д.

Температуру и количество теплоты как различные понятия первым определил Ламберт в 1755 г. В том же году М. В. Ломоносов указал, что температура тела является степенью теплоты и определяется скоростью движения частиц, тогда как количество теплоты зависит от общего количества движения этих частиц, то есть от их кинетической энергии.

Различают экстенсивные параметры состояния, пропорциональные массе термодинамической системы (объем V, внутренняя энергия U, энтропия S, энтальпия H, изохорно-изотермический потенциал, или гиббсова энергия, G, изобарно-изометрический потенциал, или свободная – гельмгольцева – энергия, А, или F), и интенсивные параметры состояния, не зависящие от массы системы. К ним относятся давление р, температура Т, концентрация С, магнитная индукция и др. Параметры состояния взаимосвязаны, так что равновесное состояние системы можно однозначно определить, установив значения ограниченного числа параметров.