7.2. Термодинамічний метод дослідження

Термодинамічна система - сукупність макроскопічних об'єктів (тіл, полів), що можуть обмінюватися масою (частинками) та енергією у формі роботи й у формі тепла як одне з одним, так із зовнішнім середовищем (тілами й полями). При утворенні контакту двох або більше термодинамічних систем на границі їх частинки, співударяючись, обмінюються енергією. Під теплотою розуміють передану або одержану енергію через поверхню контакту систем. Термодинамічна система називається замкненою або ізольованою, якщо відсутній будь-який обмін енергією між нею і зовнішнім середовищем. Якщо відсутній лише теплообмін - термодинамічна система ізольована адіабатичнo.

Термодинамічний метод  метод вивчення властивостей рівноважних станів речовини, через установлення зв'язків і закономірностей між термодинамічними параметрами, які визначаються дослідним шляхом.

Термодинамічні параметри (параметри стану) системи  сукупність фізичних величин, що характеризують макроскопічні властивості термодинамічної системи

• об'єм V,

• густина ,

• температура T,

• тиск P,

• енергія U,

• в'язкість ,

• теплопровідність ,

• електрична або магнітна поляризація і т. п.

7.3. Енергообмін між термодинамічними системами

Робота  процес взаємодії одної термодинамічної системи з іншими термодинамічними системами, в результаті чого змінюється механічний рух структурних частинок або їх положення по відношенню до початкового стану. Робота  безконтактний спосіб передачі енергії від однієї термодинамічної системи до іншої.

Теплообмін  контактний спосіб передачі енергії від одної системи до другої через співударяння між частинками систем на границі. Міра переданої енергії Q при теплообміні називається теплотою. Теплообмін здійснюється шляхом безпосередньої взаємодії (співударяння) між структурними частинками (атомами, молекулами) цих тіл, конвективного теплообміну, обміну енергією між структурними частинками одного тіла й електромагнітним випромінюванням (фотонами) інших тіл.

Конвективний теплообмін  передача енергії у формі тепла між нерівномірно нагрітими частинами рідини або рідини і твердими тілами в процесі руху одних макрочастин рідини відносно інших або по відношенню до твердих тіл.

7.4. Термодинамічні стани та процеси

Рівноважним станом термодинамічної системи називається такий її стаціонарний (незалежний від часу) стан, коли його незмінність із часом не зумовлена протіканням будь-якого зовнішнього процесу, а термодинамічні параметри системи є сталими для будь-якої з її частин.

Функція стану  характеристика системи, зміна якої при переході системи з одного стану в інший не залежить від виду відповідного цьому переходу процесу, а цілком визначається значеннями параметрів початкового та кінцевого станів. Наприклад, до функцій стану відносяться тиск, об'єм, внутрішня енергія , ентропія та інші термодинамічні параметри.

Екстенсивними величинами називаються функції стану тіла, що залежать від його маси, наприклад, енергія системи.

Інтенсивними величинами називаються функції стану речовини, що не залежать від її маси, наприклад, температура, густина, в'язкість.

Термодинамічним процесом називається будь-яка зміна стану термодинамічної системи.

Рівноважним (квазістатичним) процесом називається термодинамічний процес, при якому система проходить неперервний ряд рівноважних станів. До таких процесів відносяться ізотермічний та адіабатичний.

Коловим процесом або циклом називається термодинамічний процес, у результаті якого система повертається у вихідний стан.

Ізопроцесом називається термодинамічний процес, при якому значення деякого термодинамічного параметра при сталій масі зберігається. Наприклад, Т=const  ізотермічний, V=const  ізохоричний, Р=const  ізобаричний.

Рівноважні стани однорідної системи і здійснювані нею рівноважні процеси можна відображати графічно за допомогою діаграм.Вони будуються точками, що лежать на відповідних кривих у площині з декартовими координатами. На координатних осях відкладаються значення параметрів стану (див.Мал.58).

Оборотним термодинамічним процесом називається процес, що допускає можливість повернення системи у вихідний стан, без того, щоб в оточуючому середовищі залишились будь-які зміни.

Необхідною й достатньою умовою оборотності процесу є його рівноважність.

Необоротним термодинамічним процесом називається процес, що допускає можливість повернення системи у вихідний стан тільки за умови, що в оточуючому середовищі залишаються певні зміни.

Усі реальні процеси відбуваються зі скінченою швидкістю і супроводжуються тертям, дифузією, теплообміном при скінченій різниці між температурами системи і зовнішнього оточення. І як наслідок, всі вони є не рівноважними й не оборотними.