1.2. Состояние и параметры состояния термодинамической системы

Для количественного описания поведения термодинамической системы вводят так называемые параметры состояния, под которыми понимаются величины, измерение которых доступно современными приборами. В простейшем случае любая термодинамическая система обладает четырьмя макроскопическими параметрами: массой M, объемом V, давлением p и температурой T. Масса – мера инертности тела. В системе единиц СИ масса M измеряется в килограммах (кг).

Объем системы можно измерить по объему вытесненной жидкости. В системе единиц СИ единицей объема является кубометр – м³_.

Давление - сила, действующая нормально на единицу площади выбранной поверхности со стороны термодинамической системы. За единицу давления в системе единиц СИ принимается паскаль (Па = Н/м²), .

На практике обычно используют более крупную единицу давления – бар: 1 бар = 100000 Па = 10⁵ Па.

В качестве единицы давления используются также физическая атмосфера,

1 атм = 760 мм рт.ст. = 10329 мм вод.ст. = 101325 Па = 1.013 бар

и техническая атмосфера, определяемая как сила в один килограмм, приходящаяся на 1 см² поверхности:1 ата = 98100 Па = 0.98 бар = 736 мм.рт.ст.

Датчики давления в технике измеряют не абсолютное давление, а избыточное, т.е. разность между абсолютным давлением и атмосферным (барометрическим): p_и = p – p_а.

Температура

В современной физике в качестве реперной точки выбирается тройная точка воды, т.е. состояние воды, в котором лед, жидкость и пар сосуществуют в равновесии одновременно. В шкале Кельвина тройной точке воды приписывается температура 273.16 К. Тогда точка замерзания воды (таяния льда) имеет температуру 273.15 К.

Ниже приводится связь между различными температурными шкалами, употребляемыми в разных странах (Кельвина, Цельсия, Фаренгейта, Реомюра):

Лекция 2

1.3. Термодинамическое состояние

Будем рассматривать закрытые системы, которые характеризуются тремя термодинамическими параметрами: давлением p, температурой T и объемом V.

Эти параметры связаны функциональной зависимостью

,

называемой термическим уравнением состояния.

Это уравнение некоторой поверхности в пространстве состояний p,V,T.

Вместо объема в качестве параметра может быть использован удельный (т.е. отнесенный к единице массы системы) объем, .

1.4. Уравнение состояния идеального газа

С молекулярно-кинетической точки зрения идеальным газом называется совокупность большого числа хаотически движущихся не взаимодействующих между собой материальных точек.

Величина

называется универсальной газовой постоянной.

Таким образом, термическое уравнение состояния для идеального газа (уравнение Менделеева–Клапейрона) принимает вид

Величина называется газовой постоянной для данного газа. Тогда уравнение состояния записывается в виде

или или где – удельный объем, – плотность газа.

1.5. Термодинамический процесс

Под процессом в термодинамике понимается любое изменение состояния термодинамической системы, т.е. изменение одного или нескольких парамет

ров состояния. Термодинамический процесс связан с энергообменом системы со средой. В полностью изолированных термодинамических системах возможно протекание процессов выравнивания параметров (процессов релаксации). Согласно так называемому нулевому закону любая изолированная макроскопическая система с течением времени приходит в равновесное состояние, из которого самопроизвольно выйти не может.

Система называется равновесной, если параметры во всех точках одинаковы. Равновесными процессами называются такие, в которых система проходит через непрерывную последовательность равновесных состояний. Равновесные процессы являются также обратимыми – такими, в результате осуществления которых в прямом и обратном направлениях система возвращается в начальное состояние. Классическая термодинамика позволяет рассчитывать только обратимые процессы в многочисленных практических случаях являющиеся хорошим приближением реальных необратимых процессов.

Лекция 3