Макроскопические состояния Макроскопические параметры.

Термодинамическая система - это макроскопическая совокупность тел (полей, частиц) способных обмениваться энергией, как между собой, так и с внешней средой. Открытой термодинамической системой называется система, обменивающаяся веществом с внешней средой. Типичным примером таких систем являются живые организмы. Закрытая термодинамическая система не может обмениваться веществом с внешней средой. Термодинамическая система называется изолированной, если она не обменивается с внешней средой ни веществом, ни энергией. Замкнутой термодинамической системой будем называть систему, не обменивающуюся энергией с внешней средой механическим путем (путем совершения механической работы). Термодинамическая система будет называться адиабатной, если она не обменивается энергией с внешней средой путем теплообмена.

Термодинамическими параметрами (макроскопическими параметрами состояния) системы называются физические величины, характеризующие состояние термодинамической системы в целом (давление, температура, объем, намагниченность, упругие напряжения, энергия и др.). Внешними параметрами системы называются физические величины, зависящие от положения в пространстве и различных свойств тел (например, электрических зарядов), которые являются внешними по отношению к данной системе. Например, для газа таким параметром является объем V, ибо он зависит от расположения внешних тел (стенок сосуда, внешнего давления). Внутренними параметрами системы называются физические величины, зависящие как от положения и свойств внешних тел, так и от координат и скоростей тел системы. Например, внутренними параметрами газа являются его давление и энергия.

Количество вещества можно характеризовать несколькими способами, которые тесно связаны между собой. Молекулярной массой (M) вещества называется отношение массы молекулы этого вещества к 1/12 массы атома ¹²С . 1/12 массы атома ¹²С  называется атомной единицей массы (а.е.м.), 1а.е.м. = m_ед  = 1,66·10^-27 кг.

Количество вещества, содержащего столько же частиц, сколько содержится атомов в 0,012 кг изотопа углерода ¹²С, называется молем. Число частиц, содержащихся в одном моле вещества, называется числом Авогадро (N_А ). Опытным путем найдено, что N_А  = 6,023·10²³  1/моль. Массу моля называют молярной массой (m). Очевидно, что масса одной молекулы m₁ = Mm_ед , тогда молярная масса вещества: m = Mm_ед N_А =  m₁N_А. Если масса произвольного количества вещества (например, газа) равна m, то количество вещества можно выразить числом молей данного вещества n = m/m.

Другим важным параметром термодинамической системы, определяющим количество вещества, является объем (V) - объем пространства, занятого термодинамической системой. Единицей измерения объема в системе СИ является кубический метр (м³⁾. Молярным объемом называется величина равная V_m = V/n.

Закон Авогадро: при одинаковых условиях молярные объемы различных газов одинаковы.

Давлением называется физическая величина:

p = dF_^/dS, (5.1)

где dF_^ - модуль силы, действующей перпендикулярно малому участку поверхности площадью dS, по которой она распределена.

Единицей измерения давления в системе СИ Паскаль (Па).

Под макросостоянием системы понимают любое состояние, которое задано указанием плотности, давления, температуры, энергии или других параметров, характеризующих состояние всей системы или малых частей ее, но содержащих достаточно большое число частиц. Равновесное состояние термодинамической системы - это такое состояние, при котором термодинамические параметры системы одинаковы во всех точках системы, во все моменты времени при неизменных внешних условиях. Равновесное состояние характеризуется отсутствием каких-либо потоков (энергии, вещества и т.п.). В равновесном состоянии система может пробыть сколь угодно долго. Если систему путем каких-либо внешних воздействий вывести из равновесного состояния, то она самопроизвольно переходит в равновесное состояние. Эта тенденция является важнейшей особенностью термодинамических систем.