Изолированные системы – те, которые не имеют возможности обмениваться веществом и энергией с окружением и имеющие постоянный объем.

Закрытые системы – те, которые не обмениваются веществом с окружением, но могут обмениваться с ним энергией и у которых может меняться объем (может совершаться работа).

Это – самый распространенный во всех отношениях случай, поскольку чаще всего гораздо легче не допустить обмена веществом, чем изолировать систему в отношении обмена энергией и совершения системой работы.

Открытые системы – те, в отношении которых отсутствуют перечисленные выше запреты.

Наиболее понятны в этом случае живые системы, которые обмениваются и веществом и энергией и которые совершают работу.

1.1.3 Параметры состояния, параметры процессов

Термодинамический параметр состояния – любая из величин, служащая для характеристики состояния термодинамической системы (объем, внутренняя энергия, концентрация, давление и т.д.).

Термодинамический параметр процесса – любая величина, служащая для характеристики процесса по её изменению (изменения энтропии, энергии, состава и пр.).

1.1.4 Функции состояния

Термодинамические параметры состояния являются функциями состояния, если они не зависят от пути перехода в это состояние (они должны обладать свойствами полного дифференциала).

Последнее обстоятельство чрезвычайно важно. Как мы увидим, это позволяет понять, почему энтропия равновесного состояния является функцией состояния, а энтропия стекла – нет. Последняя является функционалом состояния, так как зависит от способа получения стеклообразного состояния.

Исходное состояние обозначается подстрочным индексом 1, конечное – 2. Например, изменение внутренней энергии ∆U = U₂ – U₁. В круговом процессе = 0 (U- функция состояния).

Теплота Q и работа А зависят от пути реализации процесса и потому не являются функциями состояния.

1.1.5 Виды процессов

Изобарные процессы – происходящие при постоянстве давления (р = const).

Изохорные процессы – происходящие при постоянном объеме (V = const).

Изотермические процессы – происходящие при постоянной температуре (T = const).

Адиабатические процессы происходят без обмена теплом с окружением (∆Q = 0).

Обратимые процессы – те, которые происходят так, что имеется возможность возвращения системы в первоначальное состояние без того, чтобы в окружающей среде остались какие-либо изменения (например, трение в таких процессах всегда отсутствует). «Термодинамика – это теория систем, лишенных трения» (П. Дюгем, 1882).

Необратимые процессы – те, после протекания которых в окружающей среде остаются изменения. Например, наличие трения приводят к теплоте, рассеиваемой в окружение.

Последовательность обратимых процессов соответствует термину «равновесный процесс».

Стационарные процессы – те, развитие которых происходит в результате неизменности причин, вызывающих этот процесс (стационарный ≡ устоявшийся). Скорость процесса при этом может меняться со временем.

1.1.6 Внутренняя энергия, теплота и работа

Внутренняя энергия U определена полным запасом энергии системы, без различий потенциальной и кинетической видов энергии. U есть функция состояния.

Работа А соответствует величине энергии, передаваемой системой (системе) с изменением её внешних параметров. Например, если система характеризуется изменяемым параметром - объемом V, то работа равна произведению изменения объема на давление:

∆A = p∙∆V.

Вообще говоря, работа всегда равна произведению фактора интенсивности (силы, давления, электрического напряжения и пр.) на фактор ёмкости (путь, объем, сила тока, время и пр.).

Количество теплоты ∆Q соответствует количеству энергии, передаваемой системе (или получаемой ею) без изменения внешних параметров этой системы (без совершения работы). Если в результате процесса тепло выделяется, ∆Q имеет отрицательный знак, если поглощается, - положительный. Аналогично определяются знаки и ∆А. Если работа производится системой, она считается отрицательной, если окружение совершает работу, то положительной.

Работа и теплота вообще говоря не являются функциями состояния, так как они зависят от пути процесса.

Работа и теплота сами по себе не являются видами энергии, они представляют собой два различных способа передачи энергии, они характеризуют процесс энергообмена между системами и имеют размерность энергии².