Часть II. Термодинамические параметры и процессы. Уравнение состояния идеального газа. Явления переноса.

В молекулярной физике изучаются строение и свойства вещества, исходя из молекулярно-кинетических представлений, согласно которым все тела состоят из огромного числа непрерывно и хаотически движущихся частиц. Законы их поведения изучаются с помощью статистического метода.

В термодинамике изучаются общие свойства равновесных макроскопических систем и процессы перехода между различными термодинамическими состояниями. Термодинамика базируется на двух началах – фундаментальных законах, установленных в результате обобщения опытных данных. Молекулярно-кинетическая теория и термодинамика взаимно дополняют друг друга, образуя единое целое.

8 Термодинамические системы и их параметры

Мысленно выделенная макроскопическая система, рассматриваемая методами термодинамики, называется термодинамической системой. Обмен энергией и веществом может происходить как между частями внутри самой системы, так и между системой и внешней средой.

8.1 Термодинамические параметры и процессы

Для описания состояния системы вводят физические величины, которые называются термодинамическими параметрами (параметрами состояния) системы. Это давление р, объём , температура , концентрация и др.

Давление – физическая величина, определяемая силой, действующей на единицу площади поверхности тела по направлению нормали к этой поверхности Единица давления – Па (Паскаль) ( ).

Температура системы является мерой интенсивности теплового движения её частиц. В настоящее время используются две температурные шкалы: международная шкала Цельсия и термодинамическая шкала Кельвина. Температуры, измеренные по шкале Кельвина ( ) и Цельсия ( ), связаны соотношением:

(8.1)

Нормальным состоянием системы считается её состояние с термодинамическими параметрами:

(8.2)

Термодинамическим процессом называют всякое изменение параметров состояния термодинамической системы.

8.2 Уравнение состояния идеального газа

Идеальным считается газ, который можно рассматривать как систему невзаимодействующих материальных точек, упруго сталкивающихся друг с другом и со стенками сосуда.

Уравнение состояния представляет собой функциональную зависимость, связывающую между собой термодинамические параметры: .

Экспериментально установлено, что для 1 моля идеального газа выполняется уравнение Клапейрона:

, (8.3)

где – молярный объём газа; – универсальная газовая постоянная . Запишем уравнение (2.1.3) для массы газа, занимающей объём :

. (8.4)

Это уравнение Менделеева – Клапейрона, называемое уравнением состояния идеального газа. Удобно пользоваться ещё одной формой уравнения состояния. Из (8.3):

, , (8.5)

где - число Авогадро (число частиц, содержащихся в 1 моле), – постоянная Больцмана, – концентрация молекул (число частиц газа, содержащихся в единичном объёме);

Из (8.5) следует, что при постоянной температуре давление газа прямо пропорционально концентрации его молекул.