Termodinamički parametri - što je to? Parametri stanja termodinamičkog sustava

Dugo je vremena među fizičarima i predstavnicima drugih znanosti bio način opisivanja onoga što promatraju tijekom njihovih eksperimenata. Nedostatak zajedničkog mišljenja i prisutnost velikog broja pojmova "preuzetih sa stropa" doveli su do konfuzije i nesporazuma među kolegama. Tijekom vremena, svaki dio fizike je stekao svoje utvrđene definicije i mjerne jedinice. Tako su postojali termodinamički parametri koji objašnjavaju većinu makroskopskih promjena u sustavu.

definicija

parametara stanja ili termodinamički parametri - je niz fizikalnih veličina, koje su svi zajedno i svaki pojedinačno mogu dati karakterizaciju promatranog sustava. To uključuje pojmove kao što su:

• temperatura i tlak;
• koncentracija, magnetska indukcija;
• entropija;
• entalpija;
• energije Gibbsa i Helmholtza i mnogih drugih.

Istakni su intenzivni i opsežni parametri. Opsežne su one koje su izravno ovisne o masi termodinamičkog sustava i intenzivne - koje su određene drugim kriterijima. Nisu svi parametri jednako nezavisni, stoga, kako bi se izračunalo ravnotežno stanje sustava, odjednom se mora odrediti nekoliko parametara.

Osim toga, među fizičarima postoje neke terminološke razlike. Iste fizikalne osobine mogu se pozivati ​​u različitim autorima procesom, zatim koordinatom, zatim količinom, zatim parametrom, ili čak jednostavnim svojstvom. Sve ovisi o vrsti sadržaja kojeg znanstvenik koristi. No, u nekim slučajevima postoje standardizirane preporuke koje se moraju pridržavati sastavljača dokumenata, udžbenika ili narudžbi.

klasifikacija

Postoji nekoliko klasifikacija termodinamičkih parametara. Dakle, od prve točke, već je poznato da se sve vrijednosti mogu podijeliti na:

• Opsežan (aditiv) - takve tvari podliježu zakonu dodavanja, tj. Njihova vrijednost ovisi o broju sastojaka;
• intenzivne - ne ovise o tome koliko je tvar uzeta za reakciju, budući da su usklađene tijekom interakcije.

Na temelju uvjeta pod kojima se nalaze tvari koje čine sustav, vrijednosti se mogu podijeliti u one koji opisuju fazne reakcije i kemijske reakcije. Osim toga, potrebno je uzeti u obzir svojstva tvari, reaktivni. Mogu biti:

• Termomehanička;
• toplinsko;
• termokemijska.

Osim toga, bilo koji termodinamički sustav obavlja određenu funkciju, pa parametri mogu karakterizirati rad ili toplinu proizvedenu reakcijom, a također dopuštaju izračunavanje energije potrebne za prijenos mase čestica.

Državne varijable

Stanje svakog sustava, uključujući i termodinamički, može se odrediti kombinaciju svojih svojstava i karakteristika. Sve varijable koje su u potpunosti utvrditi samo na određenu točku u vremenu i ne ovise o tome kako je sustav u to stanje, nazvao termodinamičkih parametara (varijabli), države ili državnih funkcija.

Sustav se smatra stacionarnim ako se varijabilne funkcije ne mijenjaju s vremenom. Jedna od mogućnosti stacionarno stanje - to je termodinamička ravnoteža. Svaka, pa i najmanja promjena u sustavu - je proces, a to može biti od jedne do nekoliko varijabli termodinamičkih parametara stanja. Slijed u kojem se stanja sustava kontinuirano mijenjaju jedna u drugu naziva se "načinom procesa".

Nažalost, konfuzija s uvjetima još uvijek postoji, jer iste varijable mogu biti neovisne ili rezultat dodavanja nekoliko funkcija sustava. Stoga se pojmovi poput "funkcija stanja", "državni parametar", "stanja varijable" mogu smatrati u obliku sinonima.

temperatura

Jedan od neovisnih parametara stanja termodinamičkog sustava je temperatura. To je količina koja karakterizira količinu kinetičke energije po jedinici čestica u termodinamičkom sustavu u stanju ravnoteže.

Ako pristupamo definiciji koncepta s točke gledišta termodinamike, onda je temperatura inverzno proporcionalna promjeni entropije nakon dodavanja topline (energije) u sustav. Kada je sustav u ravnoteži, temperatura je jednaka za sve "sudionike". Ako postoji razlika u temperaturi, energija se oslobađa zagrijanijem tijelu i apsorbira hladnija.

Postoje termodinamički sustavi u kojima dodatak energetske nasumičnosti (entropije) ne raste, već naprotiv - smanjuje se. Osim toga, ako takav sustav interakcionira s tijelom čija je temperatura veća od svoje, tada će toj kinetičkoj energiji dati to tijelo, a ne obratno (na temelju zakona termodinamike).

tlak

Pritisak je količina koja karakterizira silu koja djeluje na tijelo, okomito na njegovu površinu. Kako bi se izračunao ovaj parametar, potrebno je podijeliti cijelu količinu sile u područje objekta. Jedinice za mjerenje ove sile će se pamtiti.

U slučaju termodinamičkih parametara plina zauzima cijeli volumen na raspolaganju mu je i, osim toga, molekule njegovih komponenti, i stalno kretati nasumce sudaraju jedni s drugima i sa broda u kojoj žive. Te utjecaje određuju tlak tvari na zidovima posude ili na tijelu koji se nalazi u plinu. Sila propagira u svim smjerovima jednako zbog nepredvidljivog kretanja molekula. Da bi se povećao pritisak, potrebno je podići temperaturu sustava i obrnuto.

Unutarnja energija

Osnovni termodinamički parametri, ovisno o masi sustava, uključuju unutarnju energiju. Sastoji se od kinetičke energije uzrokovane kretanjem molekula tvari, kao i potencijalne energije koja se pojavljuje kada se molekule interakciju.

Ovaj je parametar jednistan. To jest, vrijednost unutarnje energije je konstantna kad god je sustav u pravom stanju, bez obzira na način na koji je postignut.

Nemoguće je promijeniti unutarnju energiju. Sastoji se od topline koju oslobađa sustav i rada koji proizvodi. Za neke procese uzimaju se u obzir i drugi parametri, kao što su temperatura, entropija, pritisak, potencijal i broj molekula.

entropija

Drugi zakon termodinamike kaže da je entropija izolirani sustav ne smanjuje se. Druga formulacija postavlja da energija nikada ne prolazi iz tijela s nižom temperaturom do više zagrijanog. Ovo zauzvrat odbacuje mogućnost stvaranja stalnog stroja za kretanje, jer sva raspoloživa energija tijela ne može se prenijeti na posao.

Sam koncept "entropije" uveden je sredinom 19. stoljeća. Zatim se percipira kao promjena količine topline na temperaturu sustava. Ali ta je definicija prikladna samo za procese koji su stalno u stanju ravnoteže. Iz ovog možemo zaključiti sljedeći zaključak: ako temperatura tijela koja čine sustav nastoji, onda će entropija također biti nula.

Entropija kao termodinamički parametar stanja plina koristi se kao pokazatelj mjera slučajnosti, slučajnosti gibanja čestica. Koristi se za određivanje raspodjele molekula u određenom području i posudi, ili za izračunavanje elektromagnetske sile interakcije između iona tvari.

entalpija

Entalip je energija koja se može pretvoriti u toplinu (ili rad) pod stalnim pritiskom. Ovo je potencijal sustava koji je u stanju ravnoteže, ako istraživač zna razinu entropije, broj molekula i pritisak.

U slučaju kada je indiciran termodinamički parametar idealnog plina, umjesto entalpija koristi se izraz "energija proširenog sustava". Kako bismo im se lakše objasnili, moguće je zamisliti posudu ispunjenu plinom koji je ravnomjerno komprimiran pomoću klipa (na primjer, motor s unutarnjim izgaranjem). U ovom slučaju, entalpija će biti jednaka ne samo unutarnjoj energiji tvari, nego i radu koji se treba obaviti da bi se sustav doveo do potrebne države. Promjena ovog parametra ovisi samo o početnom i završnom stanju sustava, a put do kojeg će se dobiti ne igra ulogu.

Gibbs Energy

Termodinamički parametri i procesi uglavnom se odnose na energetski potencijal tvari koje čine sustav. Dakle, Gibbsova energija je ekvivalent ukupne kemijske energije sustava. Ona pokazuje kakve će se promjene dogoditi u procesu kemijskih reakcija i jesu li tvari uopće u interakciji.

Promjena količine energije i temperature sustava tijekom reakcije utječe na pojmove poput entalpije i entropije. Razlika između ovih dvaju parametara bit će nazvana Gibbsovom energijom ili izobarsko-izotermalnim potencijalom.

Minimalna vrijednost ove energije promatra se u slučaju kada je sustav u ravnoteži, a njezin tlak, temperatura i količina tvari ostaju nepromijenjeni.

Helmholtzova energija

Helmholtzova energija (prema drugim izvorima - samo besplatna energija) je potencijalna količina energije koja će sustav izgubiti u interakciji s tijelima koja nisu dio nje.

Helmholtzov koncept slobodne energije često se koristi za određivanje maksimuma izvedbe koju sustav može izvesti, tj. Koliko će se topline osloboditi kad se tvari prenose iz jedne države u drugu.

Ako je sustav u stanju termodinamičke ravnoteže (tj. Ne obavlja nikakav rad), tada je razina slobodne energije minimalna. Dakle, promjena ostalih parametara, kao što su temperatura, tlak, broj čestica, također se ne pojavljuje.