Р. Кубо - Термодинамика (1134470), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Механическое взаимодействие. Если одна система соверптает работу над другой системой с помощью механических или электромагнитных снл, то взаимодействие такого рода называется механическим. л. Тепловое взаимодействие. Взаимодействие, которое приводит к изменению энергии и совершается в форме передачи тепла посредством теплопроводности или тепловой радиации, называется тепловым взаимодействием.

Стенка, через которую тепловое взаимодействие невозможно, называется адиабатичеекой. 8. Материальное взаимодействие. Взаимодействие, которое приводит к обмену веществом между двумя системами, называется материальным взаимодействием. Полупроницаемая мембрана обеспечивает взаимодействие такого рода. Идеализацией взаимодействий 2 и 3 можно считать такое взаимодействие, которое является достаточно слабым, чтобы не влиять на свойства системы, но вместе с тем достаточно сильным, чтобы приводить к эффектам, которые могут быть обнаружены в процессе наблюдения. Если рассматривать термостат как источник, который действует на исследуемую систему одним из вышеупомянутых способов, то этот термостат можно нааывать соответственно источником работы, тепловым резервуаром (тепловой баней ) илн источником (резервуаром) частиц.

Обычно принимают, что источник, нли резервуар, намного больше системы и поэтому он остается в заданном равновесном состоянии независимо от того, какое влияние он окааывает на,систему, находящуюся с ннм в контакте. з4 Гв. 1. Уермодинамическое сосенояние и нервий закон 5 4, Термодинамические величиньл Функции состояния. Физические величины, имеющие определенное значение для каждого термически равновесного состояния системы, называются термодинамическими величинами или функциями состояния. К ним относятся, например, телшература, лавление, внутреннлл энергия, энтальпня и энтропия.

Переменные состояния, или термооиналсические переменные. В узком смысле слова эти величины представляют собой упомянутые выше термодинамические величины. В более широком смысле термодинамического состояния опи означают физические величины, определяющие локально равновесное состояние. Если соответствующим образом выбрать совокупность независимых переменных так, чтобы она была необходимой и достаточной для определения состояния, то остальные величины, характериаующие состояние, являются функциями этих переменных. Число иезаэислилзых переложенных, описывающих термически равновесное состояние, определяется эмпирически.

Интенсивные и экстенсивные величины. Если систему, находящуюся в термически равновесном состоянии, разделить на части с помощью непроннцаелчых перегородок, то каждая часть останется в равновесном состоянии. Следовательно, равновесное состолние однородной системы является ее внутренним свойством и определяетсл термодинамическими переменными, не зависящими от размеров системы.

Такие величины называются интенсивными. К их числу относятсл, например, температура, давление, химический потенциал. С другой стороны, переменные, аначенил которых изменяются пропорционально размерам или массе системы прн ее разбиении на части„не нарушающем равновесного состояния, иазываютсн экстенсивными величинами. Пример: масса компонентов, энергия, энтропия и др. Внутренние и внешние переменные. В некоторых случаях термодинамические переменные можно раабить на две категории: внутренние и внешние.

Внешние переменные определяют состояние окружающей среды. Например, внешними переменными можно считать положение поршня в цилиндре, содержащем газ, или напряженность электрического либо магнитного поля, действующего на систему. Однако их можно рассматривать и как внутренние переменные, если поршень или источники поля включены в систему, а не в окружающую среду. Следовательно, рааличие между внутренними и внешними переменными зависит от того, где мы проводим границу между системой и окружающей средой, находящейся с ней в контакте.

Во иабежание недоразумений необходимо всегда иметь в виду зто обстоятельство, особенно в случае механических контактов. Основные лвввлеелил 5 5. Процесс изменения состояния Термодинамика рассматривает только такие изменения'состоя- ния системы (происходящие или сами по себе, нли под действием контактов с другими системами), в которых начальное и конечное состояния являются термодянамическими (но не обязательно термически равновесными). Однако промежуточные состояния, через которые проходит система, могут и не быть ~е> тер подина мическими.

В ообв ще говоря, они могут быть очень сложными состоя- лнх . пнями. Промежуточные состояния будут термодинамичесними только в тех случаях, когда процесс совершается чрезвычайно медленно. При таких условиях процесс можно описать, рассматривая изменение достаточного числа термодинамических ве- рЮ личин. д — в Цикл. Циклом называется процесс, при котором начальное и конечное состояния системы совпадают. Ин4инитезимальный процесс. Если раантща между начальным и конечным состояниями системы бесконечно мала, то такой про- Песс называется инфинитезнмальным. 11вазистатический процесс. Так принято называть идеальные процессы, в течение которых система и окружающая среда остают- ся в термически равновесном состоянии. Такой процесс прибли- женно реализуется в тех случаях, когда изменения происходят достаточно медленно.

Например, для того чтобы сжать газ, внешнее давление р<'~ должно быть неаначительно больше давления газа р, а чтобы расширить газ, внешнее давление рьп должно быть незна- чительно меньше р (фиг. 1). В предельном случае очень медленных изменений оба процесса происходят по одной и той же траектории в противополонзных направлениях. Следовательно, квазистатиче- ский процесс является обратимым (см. гл. 2, $ 1). Перечислим наиболее важные квазистатическне процессы.

еввг. 1 «е Гл. 1. Термоданамическое состояние и лерзыа закон а. Кваэиетатичеекий ивотермичеекий процесс. В таком процессе система находится в контакте с термостатом, имеющим постоянную температуру (тепловым резервуаром), и процесс Происходит квавистатически при этой температуре. б. Кваэистатический адиабатический процесс. Так нааывается квазистатическнй процесс, при котором система не имеет теплового (и материального) контакта с окру»кающей средой, но при воздействии системы на окружающую среду или, наоборот, окружающей среды на систему может совершаться работа.

Квазистатнческие адиабатические процессы иногда называются просто адиабатическими, но, так как может существовать адиабатический необратимый процесс, нужно ясно различать оба эти случая (см. гл. 2, з 1, где обсуждается различие между обратимыми и необратимыми процессами). 4 6. Первый закон термодинамики Хотя первый закон тер»шдинамнки является частным случаем общего закона сохранения энергии, он предполагает существование внутренней энергии, которая представляет собой термодинамическую величину. Первый закон термодинамики. При переходе системы иг начального состояния 1 в конечное состояние 2 получаемая системой от окружающей среды сумма работы А, теплоты ~ и энергии переноса массы Я з) определяется только состояниями 1 и 2; эта гулька не зависит от того, каким способом осущвствллетсл переход иэ 1 в 2.

Это означает, что существует такая величина «1, характеризующая внутреннее состояние системы, что разность ,ее аначений в состояниях 1 и 2 определяется соотношением Уг — «1» = А + Ч + 2. (1.2) Функция «1 представляет собой' внутреннюю энергию системы. Если система характеризуется механической энергией (кинетической или потенциальной), то соотношение (1.2) заменяется соотношением Е,— Е, = А+О+2, (1.2') где Š— полная энергия системы, включая механическую энергию. Первый закон термодинамики представляет собой закон сохранения энергии. Его можно записать в форме Елолл = сопзг, где Елозл — полная энергия всей системы, включая зсе подсисте,мы, участвующие в рассматриваемом процессе.

Соотношение (1.2)' ') Для величины Я автор пользуется термином «шзэз ломов», не нмеющвм однозначного эквивалента в литературе на русском нзьзке. Мы будем гьользозаться термином «знергня норьносл массы».— Прям. ред. Основные нолозеенин 17 или (1.2') записано для подсистемы, энергия которой изменяется в результате того, что эта подсистема обменивается энергией с другими частями системы (окружающей средой) с помощью различных механизмов взаимодействия. Работа А, теплота () и энергия переноса массы Е представляют собой количества энергии, получаемой через соответствующие контакты.

Характеристики

Список файлов книги