8.4. Функция состояния

Состояние системы, как вам уже известно, определяется совокупностью независимых макроскопических параметров. Термодинамическими параметрами или термодинамическими величинами называются только те параметры, которые характеризуют систему в ее термодинамическом равновесии. Универсальным отличительным признаком термодинамических величин является их статус быть функциями состояния или не являться таковыми.

Величины, не зависящие от предыстории системы и полностью определяемые её состоянием в данный момент, т.е. совокупностью не зависимых параметров, называются функциями состояния. Естественно, что каждый из независимых параметров является сам функцией состояния системы. Например, температура или давление .

Определение статуса величин, зависящих от двух параметров, требует проведения специального анализа или диагностики, исходя из физических признаков и математических свойств этих величин. Физические признаки мы сформулируем на основе приведенного выше определения функции состояния и представления о термодинамических процессах. Итак, функция состояния обладает следующими признаками: она однозначно определяет состояние системы, т.е. её значение не зависит от вида процесса, с помощью которого система приведена в данное состояние, поэтому её изменение в циклическом процессе равно нулю.

Математические свойства функции состояния

Бесконечно малое приращение функции состояния является полным дифференциалом

Полный дифференциал можно представить в форме

где

Кроме того, должно выполняться равенство

Оно является необходимым и достаточным условием утверждения (8.1).

Далее мы рассмотрим важнейшие исходные термодинамические величины, дадим им микроскопическую и макроскопическую трактовку, а также определим их статус.

8.5. Внутренняя энергия системы. Работа и теплота Внутренняя энергия

Микроскопическая трактовка внутренней энергии системы была нами дана в первой части лекционного курса (см. 7.1-7.2) на примере идеальных систем. Обобщим эти представления на реальные системы.

Внутренняя энергия системы равна сумме кинетической энергии движения молекул и составляющих их частей и потенциальной энергии взаимодействия между молекулами и атомами внутри молекул.

К внутренней энергии не относятся потенциальная энергия молекул во внешнем силовом поле и кинетическая энергия центра масс системы.

В термодинамической (макроскопической) трактовке внутренняя энергия является внутренним параметром системы и согласно нулевому началу зависит от внешних параметров и температуры. Если кроме объема других внешних параметров нет, то внутренняя энергия системы зависит от ее температуры и занимаемого ею объема .

Для идеальной системы (системы без межмолекулярного взаимодействия) зависит только от . Например, для идеального двухатомного газа в широком диапазоне температур молярная величина .

Внутренняя энергия обладает всеми признаками и математическими свойствами, определенными в 8.4., поэтому внутренняя энергия есть функция состояния системы.