Лекция 2.

Термодинамические системы. Состояние равновесия.

Нулевой принцип термодинамики.

На основе термодинамики можно описать все процессы. Ввел этот метод Томпсон. Т/д применяется к описанию только равновесных систем. Т/д позволяет описывать все химические процессы. Томпсон считал т/д синонимом теплоте и работе.

Т/д имеет 3-и особенности:

 дедуктивный (переход от общего к частному), исходя из общих законов т/д получают выражения, которые применяют к анализу систем.

 макроскопическая наука имеет дело с макроскопическими величинами, которые измеряют на опыте.

 т/д рассматривает процессы вне времени.

		
1	G	2

Т/д приложим к изучению т/д систем.

Т/д система – понимается тело (совокупность тел), которое имеет реальную поверхность, отделяющую их от окружающей среды.

Системы:

- однородные (1)

- неоднородные (2)

1. в каждой точке которой система имеет одно и тоже значение

2. гетерогенные

Системы (по типу):

- открытые (1)

- закрытые (2)

- изолированные (3)

1. обмениваются с окружающей средой и материально и теплом

2. не имеющая материального обмена с окружающей средой, но может обмениваться теплом

3. не может обмениваться ни материально, ни теплом

Параметры состояния

Параметр – величина, определяющая состояние данной системы.

Параметр – любое свойство системы.

Чтобы т/д описать систему надо задать ее параметры. Параметры бывают внутренние и внешние. Макроскопические величины определяемые взаимодействием внешними параметрами тоже внутренние.

Параметры

интенсивные экстенсивные

не зависят от массы, факторы емкости  числу частиц,

факторы интенсивности составляющих систему, зависят от m

Состояние любой простой системы можно описать тремя параметрами T, P, V.

Температура – сложно т/д понятие – мера нагретости тела, движущая сила теплоты.

Тепло передается от менее негретому к более нагретому. В определении температуры лежит второе начало т/д.

Ē_кин = 3/2KT

Давление – сила, действующая на единицу площади.

P = F/S

С молекулярно-кинетической точки зрения давление определяют натиском молекул на стенки сосуда, в котором заключен газ.

Объем – макроскопическое свойство, характеризующее габариты однородного тела.

Не все параметры (T, P, V) являются независимыми, т.к.

V = f (I, P) – уравнение состояния системы – термическое уравнение состояния.

Процесс – любые изменения хотя бы одного параметра состояния системы, обуславливает течение процесса.

В т/д 4 вида простейших процесса:

1. T=const – изотермический

2. P=const – изобарический

3. V=const – адиабатный

P

адаибата

изохора

V

Равновесие – состояние, не изменяющееся с течением времени, все параметры сохраняют постоянное значение.

Если в равновесную систему внести возмущение, то она, в течение некоторого времени – времени релаксации, возвращается в равновесное состояние. Если время изменение параметра бесконечное, т.е. время их изменения существенно больше времени релаксации, то процесс статический, в противном случае процесс нестатический и неравновесный.

чем меньше ступеньки, тем процесс ближе к равновесному.

Обратимый процесс – если при проведении его в обратном направлении, система приходит в равновесное состояние, а во внешней среде не происходит никаких изменений.

Необратимый процесс – состоит из неравновесных, равновесных, которые нельзя провести в обратном направлении или при этом происходят изменения во внешней среде.

Циклические процессы – если т/д система осуществляет процесс в прямом и обратном направлении и в результате возвращается в исходное состояние (круговой процесс).

При осуществлении того или иного процесса система осуществляет работу, которая может быть положительной и отрицательной, зависит от того, система осуществляет работу над средой или среда над системой.

Как можно рассчитать работу расширения:

dh

P'P

Как только изменим нагрузку  движение поршня

(1) (2)

A=Fdh=pSdh=pdV

(4) – от состояния с объемом V_a до состояния с объемом V_b

A=pdV (3) – бесконечно малая работа расширения в системе

Циклический процесс:

Н

Работа совершается во время циклического процесса = фигуре, заключенной между кривыми прямого и обратного процесса.

улевой принцип Т/Д. Термическое равновесие.

При соприкосновении различной степени нагретых тел в течение некоторого времени их температура становится одинаковой (заключение сделано с открытием термометра – принцип термического равновесия – середина 18 века Джозеф Блэк).

Принцип термического равновесия:

(современное определение) если система 1 находится в состоянии равновесия по отдельности с системами 2 и 3, то эти системы так же находятся в состоянии термического равновесия между собой (английский физик Фаулер – 1931).

1. 2

принцип транзитивности теплового равновесия

1. 3

Нулевой принцип т/д имеет значение эквивалентное другим постулатам т/д.

Газовые законы.

Уравнение состояния идеального газа. Реальные газы.

Поведение газа или его состояние определяется тремя параметрами его состояния.

(T,P,V)=0 – уравнение, связывающее между собой параметры состояния – уравнение состояния.

В этом уравнении функция  - функция состояния, которую нужно определить. Представим уравнение состояния графически в координатах T,P,V.

Идеальный газ – модель, которая позволяет описывать поведение реальных газов при определенных условиях.

Идеальный газ состоит из молекул (материальных точек, не имеющих собственного объема), которые не взаимодействуют друг с другом, двигаются линейными траекториями с большими скоростями, до тех пор пока не сталкиваются друг с другом или со стенками сосуда.

Законы, описывающие идеальный газ:

1. Бойля-Мариотта(1669г.)

Ч

T=const P₁V₁=const

PV=const P₂V₂=const

ем больше и сильнее сжат газ, тем более он пружинит.

d (плотность)

ч

(изотермический процесс)

ем больше плотность газа,

тем больше давление он имеет.