7. Термодинаміка

7.1. Загальні поняття та визначення фізичних величин

Речовина може існувати у трьох агрегатних станах. Агрегатними станами речовини є газ, рідина та тверде тіло. Існує також особливий стан речовини, який називається плазмою. На Мал.57 показано процеси взаємних переходів між агрегатними станами рнчовини.

У газах відстань між ато­мами або молекулами в середньому набагато більша за їхні розміри. Молекули або атоми газу між зіткненнями рухаються рівномірно й прямолінійно з великими швидкостями. Стикаючись, во­ни відскакують одна від одної, змінюють напрям і швидкість руху. Тра­єкторією частинки є ла­мана лінія. При тискові Р=100 кПа та температурі Т=300 К середня швидкість становить 468 м/с, середня від­стань вільного пробігу, яку частинка проходить без зіт­кнення, наприклад, мо­лекула азоту становить м. Середній час вільного пробігу (тобто середній час руху молекули без зіткнення) в цьому разі дорівнює с. Отже, кожна молекула за одну секунду має співударянь з іншими молекулами. Гази досить легко стискуються, бо при цьому лише зменшується середня відстань між молекулами.

У процесі зменшення температури газ може конденсуватися і перейти у рідину.

У рідинах відстані між молекулами набагато менші, ніж у газах. Кожна молекула деякий час здійснює коли­вання біля положення рівноваги в оточенні сусідніх молекул, а потім перестрибує в нове положення рівно­ваги на відстань, що дорівнює середній відстані між молекулами. Частота коливань дорівнює і залежить від температури. Час осілого життя молеку­ли (середній час релаксації) при кімнатній температурі дорівнює с.

Під впливом будь-якої зовнішньої сили (наприклад, сили тяжіння до Землі) молекули рідини роблять стрибки переважно в напрямі дії цієї сили. Внаслідок цього рідина тече, набувючи форми посудини, в якій міститься. При цьому зберігається об'єм рідини.

У процесі збільшення температури рідина може випаруватися у газ, а у процесі зменшення кристалізуватися і перейти у тверде тіло.

У твердих тілах атоми, молекули або іони знаходяться досить близько одне від одного, утворюючи впорядковану кристалічну решітку. Частинки твердого тіла здійснюють тепловий коливальний рух коло певних положень рівноваги, які називають вузлами решітки. Тверді тіла зберігають форму і об'єм.

У процесі збільшення температури тверде тіло може плавитися й переходити у рідину. При певних умовах тверде тіло може випаруваться у газ - процес сублімації (возгонка).

Плазма - є високо іонізований стан речовини, що утворюється при надвисоких температурах або при газовому електричному розряді.

Властивість	Стан
	Твердий	Рідина	Газ
Кристалічна решітка	є	ні	ні
Сталість форми	є	ні	ні
Міжмолекулярна взаємодія	є	є	ні(так)
Сталість об'єму	є	є	ні

Агрегатні стани твердого тіла та рідини можуть мати різні модифікації, які називаються фазами, але іноді поняття агрегатні стани та фази вживаються як тотожні. Різні фазові стани твердого тіла різняться за симетрією кристалічної решітки, наприклад, алмаз та графіт, а рідини характером міжмолекулярної взаємодії, наприклад, рідкі кристали.

Таблиця. Фізичні властивості речовини в різних агрегатних станах

Перехід між такими фазовими станами відбувається без поглинання чи виділення теплоти.