Úvod. Predmet tepelné inžinierstvo. Základné pojmy a definície. Termodynamický systém. Stavové parametre. Teplota. Tlak. Špecifický objem. Stavová rovnica. Van der Waalsova rovnica .
Pomer medzi jednotkami:
1 bar = 10 5 Pa
1 kg/cm 2 (atmosféra) = 9,8067 10 4 Pa
1 mmHg st (milimeter ortuti) = 133 Pa
1 mm vody čl. (milimeter vodného stĺpca) = 9,8067 Pa
Hustota - pomer hmotnosti látky k objemu, ktorý táto látka zaberá.
Špecifický objem - prevrátená hodnota hustoty, t.j. pomer objemu látky k jej hmotnosti.
Definícia: Ak sa v termodynamickom systéme zmení aspoň jeden z parametrov akéhokoľvek telesa zahrnutého v systéme, systém zažije termodynamický proces .
Základné termodynamické parametre stavu P, V, T homogénne telesá na sebe závisia a sú vzájomne prepojené stavovou rovnicou:
F (P, V, T)
Pre ideálny plyn je stavová rovnica napísaná takto:
P- tlak
v- špecifický objem
T- teplota
R- plynová konštanta (každý plyn má svoju vlastnú hodnotu)
Ak je známa stavová rovnica, potom na určenie stavu najjednoduchších systémov stačí poznať dve nezávislé premenné z 3
P = fl (v, t); v = f2 (P, T); T = f3(v, P).
Termodynamické procesy sú často znázornené na stavových grafoch, kde sú stavové parametre vynesené pozdĺž osí. Body na rovine takéhoto grafu zodpovedajú určitému stavu systému, čiary na grafe zodpovedajú termodynamickým procesom, ktoré prenášajú systém z jedného stavu do druhého.
Uvažujme termodynamický systém pozostávajúci z jedného telesa nejakého plynu v nádobe s piestom, pričom nádoba a piest sú v tomto prípade vonkajším prostredím.
Ak sa napríklad plyn ohrieva v nádobe, sú možné dva prípady:
1) Ak je piest pevný a objem sa nemení, tlak v nádobe sa zvýši. Tento proces sa nazýva izochorický(v = const), beží pri konštantnom objeme;
Ryža. 1.1. Izochorické procesy v P-T súradnice: v 1 > v 2 > v 3
2) Ak je piest voľný, zahriaty plyn sa roztiahne, pri konštantnom tlaku sa tento proces nazýva izobarický (P= const), beží pri konštantnom tlaku.
Ryža. 1.2 Izobarické procesy v v - T súradnice: P1 > P2 > P3
Ak pohybom piestu zmeníte objem plynu v nádobe, zmení sa aj teplota plynu, avšak ochladzovaním nádoby pri stláčaní plynu a zahrievaním pri expanzii môžete dosiahnuť, že teplota bude konštantná pri zmenách objemu a tlaku sa tento proces nazýva izotermický (T= konštanta).
Ryža. 1.3 Izotermické procesy v P-v súradnice: Ti >T2 >T3
Proces, pri ktorom nedochádza k výmene tepla medzi systémom a prostredím, sa nazýva adiabatické pričom množstvo tepla v systéme zostáva konštantné ( Q= konštanta). V reálnom živote adiabatické procesy neexistujú, pretože nie je možné úplne izolovať systém od prostredia. Často sa však vyskytujú procesy, pri ktorých je výmena tepla s okolím veľmi malá, napríklad rýchle stlačenie plynu v nádobe piestom, kedy sa teplo nestihne odobrať v dôsledku zahrievania piesta a nádoby.
Ryža. 1.4 Približný graf adiabatického procesu v P-v súradnice
Definícia: Kruhový proces (cyklus) - je súbor procesov, ktoré vracajú systém do pôvodného stavu. V slučke môže byť ľubovoľný počet samostatných procesov.
Koncept kruhového procesu je pre nás v termodynamike kľúčový, keďže prevádzka jadrovej elektrárne je založená na parovodnom cykle, inými slovami, môžeme uvažovať o vyparovaní vody v jadre, rotácii rotora turbíny parou, kondenzáciou pary a prúdením vody do jadra ako akýsi uzavretý termodynamický proces alebo cyklus.
Definícia: Pracovné telo - určité množstvo látky, ktorá sa podieľa na termodynamickom cykle a vykonáva užitočnú prácu. Pracovnou tekutinou v reaktore RBMK je voda, ktorá po odparení v aktívnej zóne vo forme pary vykonáva prácu v turbíne, ktorá otáča rotor.
Definícia: Prenos energie v termodynamickom procese z jedného telesa na druhé, spojený so zmenou objemu pracovnej tekutiny, s jej pohybom vo vonkajšom priestore alebo so zmenou jej polohy, sa nazýva tzv. procesná práca .
Termodynamický systém
Technická termodynamika (t/d) skúma zákonitosti vzájomnej premeny tepla na prácu. Stanovuje vzťah medzi tepelnými, mechanickými a chemickými procesmi, ktoré sa vyskytujú v tepelných a chladiacich strojoch, študuje procesy prebiehajúce v plynoch a parách, ako aj vlastnosti týchto telies za rôznych fyzikálnych podmienok.
Termodynamika je založená na dvoch základných zákonoch (princípoch) termodynamiky:
Prvý zákon termodynamiky- zákon premeny a zachovania energie;
II termodynamický zákon- stanovuje podmienky pre vznik a smerovanie makroskopických procesov v systémoch pozostávajúcich z veľkého počtu častíc.
Technická technológia, ktorá uplatňuje základné zákony na procesy premeny tepla na mechanickú prácu a naopak, umožňuje rozvíjať teórie tepelných motorov, študovať procesy, ktoré sa v nich vyskytujú atď.
Predmetom štúdie je termodynamický systém, ktorým môže byť skupina telies, teleso alebo časť telesa. To, čo je mimo systému, sa nazýva životné prostredie. Systém T/D je súbor makroskopických telies, ktoré si vymieňajú energiu medzi sebou navzájom a s prostredím. Napríklad: systém t/d je plyn umiestnený vo valci s piestom a prostredie je valec, piest, vzduch a steny miestnosti.
Izolovaný systém - Systém t/d neinteraguje s prostredím.
Adiabatický (tepelne izolovaný) systém - systém má adiabatický plášť, ktorý vylučuje výmenu tepla (výmena tepla) s okolím.
Homogénny systém - systém, ktorý má vo všetkých svojich častiach rovnaké zloženie a fyzikálne vlastnosti.
Homogénny systém - zložením a fyzikálnou štruktúrou homogénny systém, vo vnútri ktorého nie sú žiadne rozhrania (ľad, voda, plyny).
Heterogénny systém
- systém pozostávajúci z niekoľkých homogénnych častí (fáz) s rôznymi fyzikálnymi vlastnosťami, ktoré sú od seba oddelené viditeľnými rozhraniami (ľad a voda, voda a para).
V tepelných motoroch (motoroch) sa mechanická práca vykonáva pomocou pracovných kvapalín - plynu, pary.
Vlastnosti každého systému sú charakterizované množstvom veličín, ktoré sa zvyčajne nazývajú termodynamické parametre. Uvažujme o niektorých z nich pomocou molekulárnych kinetických konceptov známych z kurzu fyziky o ideálnom plyne ako súbore molekúl, ktoré majú miznúce malé veľkosti, sú v náhodnom tepelnom pohybe a interagujú medzi sebou iba prostredníctvom zrážok.
Tlak je spôsobený interakciou molekúl pracovnej tekutiny s povrchom a numericky sa rovná sile pôsobiacej na jednotku plochy povrchu tela kolmého k povrchu. V súlade s molekulárnou kinetickou teóriou je tlak plynu určený vzťahom
Kde n— počet molekúl na jednotku objemu;
T— hmotnosť molekuly; od 2- stredná odmocnina rýchlosť translačného pohybu molekúl.
V Medzinárodnej sústave jednotiek (SI) je tlak vyjadrený v pascaloch (1 Pa = 1 N/m2). Keďže táto jednotka je malá, je vhodnejšie použiť 1 kPa = 1000 Pa a 1 MPa = 10 6 Pa.
Tlak sa meria pomocou tlakomerov, barometrov a vákuomerov.
Kvapalinové a pružinové tlakomery merajú pretlak, čo je rozdiel medzi celkovým alebo absolútnym tlakom R meraný stredný a atmosférický tlak
p atm, t.j.
Prístroje na meranie tlaku pod atmosférickým tlakom sa nazývajú vákuomery; ich hodnoty udávajú hodnotu vákua (alebo vákua):
t.j. prebytok atmosférického tlaku nad absolútnym tlakom.
Treba poznamenať, že stavovým parametrom je absolútny tlak. Toto je zahrnuté v termodynamických rovniciach.
Teplotasa nazýva fyzikálna veličina, charakterizujúce stupeň zahrievania tela. Pojem teploty vyplýva z nasledujúceho tvrdenia: ak sú dva systémy v tepelnom kontakte, potom ak sú ich teploty nerovnaké, budú si navzájom vymieňať teplo, ale ak sú ich teploty rovnaké, potom k výmene tepla nedôjde.
Z hľadiska molekulárnych kinetických konceptov je teplota mierou intenzity tepelného pohybu molekúl. Jeho číselná hodnota súvisí s priemernou kinetickou energiou molekúl látky:
Kde k- Boltzmannova konštanta rovná 1,380662,10? 23 J/K. Takto definovaná teplota T sa nazýva absolútna.
Jednotkou SI teploty je kelvin (K); v praxi sa široko používajú stupne Celzia (°C). Vzťah medzi absolútnym T a Celzia ja teploty má tvar
V priemyselných a laboratórnych podmienkach sa teplota meria pomocou kvapalinových teplomerov, pyrometrov, termočlánkov a iných prístrojov.
Špecifický objem v— je objem na jednotku hmotnosti látky. Ak ide o homogénne teleso hmoty M naberá objem v, potom podľa definície
v= V/M.
V sústave SI je jednotkou špecifického objemu 1 m 3 /kg. Existuje zrejmý vzťah medzi špecifickým objemom látky a jej hustotou:
Na porovnanie veličín charakterizujúcich systémy v identických stavoch sa zavádza pojem „normálne fyzikálne podmienky“:
p= 760 mmHg = 101,325 kPa; T= 273,15 K.
Rôzne odvetvia technológie a rôzne krajiny zavádzajú svoje vlastné „normálne podmienky“, trochu odlišné od tých, ktoré sú uvedené napríklad ako „technické“ ( p= 735,6 mm Hg. = 98 kPa, t= 15 °C) alebo normálne podmienky na posúdenie výkonu kompresora ( p= 101,325 kPa, t= 20 °C) atď.
Ak sú všetky termodynamické parametre konštantné v čase a rovnaké vo všetkých bodoch systému, potom sa tento stav systému nazýva ekvi-pružina.
Ak existujú rozdiely v teplote, tlaku a iných parametroch medzi rôznymi bodmi v systéme, potom je to tak nerovnovážne. V takomto systéme pod vplyvom gradientov parametrov vznikajú toky tepla, látok a iných, ktoré sa snažia vrátiť ho do rovnovážneho stavu. Skúsenosti to ukazujú Izolovaný systém vždy v priebehu času dosiahne rovnovážny stav a nikdy ho nemôže spontánne opustiť. V klasickej termodynamike sa berú do úvahy iba rovnovážne systémy.
Stavová rovnica. Pre rovnovážny termodynamický systém existuje medzi stavovými parametrami funkčný vzťah, ktorý je tzv stavová rovnica. Skúsenosti ukazujú, že špecifický objem, teplota a tlak najjednoduchších systémov, ktorými sú plyny, pary alebo kvapaliny, sú spojené tepelná rovnica stav pohľadu:
Stavová rovnica môže mať inú formu:
Tieto rovnice ukazujú, že z troch hlavných parametrov, ktoré určujú stav systému, sú ľubovoľné dva nezávislé.
Na riešenie úloh pomocou termodynamických metód je absolútne nevyhnutné poznať stavovú rovnicu. Nedá sa však získať v rámci termodynamiky a treba ho zistiť buď experimentálne, alebo metódami štatistickej fyziky. Konkrétny tvar stavovej rovnice závisí od jednotlivých vlastností látky.
Definícia 1
Termodynamický systém je súbor a stálosť makroskopických fyzických telies, ktoré vždy interagujú navzájom a s inými prvkami a vymieňajú si s nimi energiu.
V termodynamike zvyčajne chápu systém ako makroskopickú fyzikálnu formu, ktorá pozostáva z obrovského množstva častíc, ktoré neimplikujú použitie makroskopických indikátorov na opis každého jednotlivého prvku. Neexistujú žiadne určité obmedzenia v povahe hmotných tiel, ktoré sú základnými zložkami takýchto pojmov. Môžu byť reprezentované ako atómy, molekuly, elektróny, ióny a fotóny
Termodynamické systémy existujú v troch hlavných typoch:
- izolovaný - nedochádza k výmene s hmotou alebo energiou s prostredím;
- uzavreté - telo nie je prepojené s prostredím;
- otvorený - dochádza k výmene energie aj hmoty s vonkajším priestorom.
Energiu akéhokoľvek termodynamického systému možno rozdeliť na energiu, ktorá závisí od polohy a pohybu systému, ako aj energiu, ktorá je určená pohybom a interakciou mikročastíc tvoriacich koncept. Druhá časť sa vo fyzike nazýva vnútorná energia systému.
Vlastnosti termodynamických systémov
Obrázok 1. Typy termodynamických systémov. Author24 - online výmena študentských prác
Poznámka 1
Charakteristickými charakteristikami systémov v termodynamike môže byť akýkoľvek objekt pozorovaný bez použitia mikroskopov a ďalekohľadov.
Pre úplný popis takéhoto konceptu je potrebné vybrať makroskopické detaily, pomocou ktorých je možné presne určiť tlak, objem, teplotu, magnetickú indukciu, elektrickú polarizáciu, chemické zloženie a hmotnosť pohybujúcich sa komponentov.
Pre akékoľvek termodynamické systémy existujú podmienené alebo skutočné limity, ktoré ich oddeľujú od prostredia. Namiesto toho často uvažujú o koncepte termostatu, ktorý sa vyznačuje takou vysokou tepelnou kapacitou, že v prípade výmeny tepla s analyzovaným konceptom zostáva teplotný parameter nezmenený.
V závislosti od všeobecnej povahy interakcie termodynamického systému s prostredím je obvyklé rozlišovať:
- izolované druhy, ktoré si nevymieňajú hmotu ani energiu s vonkajším prostredím;
- adiabaticky izolované - systémy, ktoré si nevymieňajú hmotu s vonkajším prostredím, ale vstupujú do výmeny energie;
- uzavreté systémy - tie, ktoré sa nevymieňajú s hmotou, je povolená len malá zmena hodnoty vnútornej energie;
- otvorené systémy - tie, ktoré sa vyznačujú úplným prenosom energie a hmoty;
- čiastočne otvorené - majú polopriepustné priečky, preto sa plne nezúčastňujú výmeny materiálu.
V závislosti od formulácie možno význam termodynamického konceptu rozdeliť na jednoduché a zložité možnosti.
Vnútorná energia systémov v termodynamike
Obrázok 2. Vnútorná energia termodynamického systému. Author24 - online výmena študentských prác
Poznámka 2
Hlavné termodynamické ukazovatele, ktoré priamo závisia od hmotnosti systému, zahŕňajú vnútornú energiu.
Zahŕňa kinetickú energiu v dôsledku pohybu elementárnych častíc hmoty, ako aj potenciálnu energiu, ktorá sa objavuje počas interakcie molekúl medzi sebou. Tento parameter je vždy jednoznačný. To znamená, že význam a realizácia vnútornej energie sú konštantné vždy, keď je koncept v požadovanom stave, bez ohľadu na spôsob, akým bola táto poloha dosiahnutá.
V systémoch, ktorých chemické zloženie zostáva pri energetických premenách nezmenené, je pri určovaní vnútornej energie dôležité brať do úvahy iba energiu tepelného pohybu hmotných častíc.
Dobrým príkladom takéhoto systému v termodynamike je ideálny plyn. Voľná energia je určité množstvo práce, ktorú by fyzické telo mohlo vykonať v izotermickom reverzibilnom procese, alebo voľná energia predstavuje maximálnu možnú funkciu, ktorú môže koncept vykonávať, pričom má značnú zásobu vnútornej energie. Vnútorná energia systému sa rovná súčtu viazaného a voľného napätia.
Definícia 2
Viazaná energia je tá časť vnútornej energie, ktorá nie je schopná samostatnej premeny na prácu - ide o znehodnotený prvok vnútornej energie.
Pri rovnakej teplote sa tento parameter zvyšuje so zvyšujúcou sa entropiou. Entropia termodynamického systému je teda mierou poskytnutia jeho počiatočnej energie. V termodynamike existuje iná definícia - strata energie v stabilnom izolovanom systéme
Reverzibilný proces je termodynamický proces, ktorý môže prebiehať rýchlo v spätnom aj vprednom smere, pričom prechádza rovnakými medzipolohami, pričom koncept sa nakoniec vráti do pôvodného stavu bez vynaloženia vnútornej energie a v okolí nezostanú žiadne makroskopické zmeny. priestor.
Reverzibilné procesy prinášajú maximálnu prácu. V praxi nie je možné zo systému dosiahnuť najlepšie výsledky. To dáva teoretický význam reverzibilným javom, ktoré prebiehajú nekonečne pomaly a možno sa k nim priblížiť len na krátke vzdialenosti.
Definícia 3
Vo vede je ireverzibilný proces, ktorý nemožno uskutočniť v opačnom smere cez rovnaké medzistavy.
Všetky skutočné javy sú v každom prípade nezvratné. Príkladmi takýchto účinkov sú tepelná difúzia, difúzia, viskózne prúdenie a vedenie tepla. Prechod kinetickej a vnútornej energie makroskopického pohybu neustálym trením na teplo, teda do samotného systému, je nevratný proces.
Stavové premenné systému
Stav každého termodynamického systému môže byť určený aktuálnou kombináciou jeho charakteristík alebo vlastností. Všetky nové premenné, ktoré sú plne určené iba v určitom časovom bode a nezávisia od toho, ako presne sa koncept dostal do tejto polohy, sa nazývajú termodynamické parametre stavu alebo základné funkcie priestoru.
V termodynamike sa systém považuje za stacionárny, ak premenné hodnoty zostávajú stabilné a v priebehu času sa nemenia. Jednou z možností pre stacionárny stav je termodynamická rovnováha. Akákoľvek, aj tá najnepodstatnejšia zmena koncepcie je už fyzikálny proces, takže môže obsahovať jeden až niekoľko variabilných stavových indikátorov. Postupnosť, v ktorej sa stavy systému systematicky navzájom transformujú, sa nazýva „cesta procesu“.
Žiaľ, zmätok s pojmami a podrobnými popismi stále existuje, pretože tá istá premenná v termodynamike môže byť buď nezávislá, alebo môže byť výsledkom sčítania viacerých funkcií systému naraz. Preto sa termíny ako „stavový parameter“, „stavová funkcia“, „stavová premenná“ môžu niekedy považovať za synonymá.
TERMODYNAMICKÝ SYSTÉM
TERMODYNAMICKÝ SYSTÉM
Súbor makroskopických telesá, ktoré môžu interagovať medzi sebou a s inými telesami (vonkajším prostredím) – vymieňať si s nimi energiu a látky. T.s. pozostáva z takého množstva štruktúrnych častíc (atómov, molekúl), že jeho stav možno charakterizovať makroskopicky. parametre: hustota, tlak, koncentrácia látok tvoriacich T.s., atď.
TERMODYNAMICKÁ ROVNOVÁHA), ak sa parametre systému časom nemenia a v systéme nie je žiadna látka. stacionárne toky (teplo, voda atď.). Pre rovnováhu T.s. pojem teplota sa zavádza ako parameter, ktorý má rovnakú hodnotu pre všetky makroskopické objekty. časti systému. Počet nezávislých parametrov stavu sa rovná počtu stupňov voľnosti T.S., ostatné parametre je možné vyjadriť ako nezávislé parametre pomocou stavovej rovnice. Svätci rovnováhy T.s. študuje rovnovážne procesy (termostatika); svätý nerovnovážnych systémov - .
Termodynamika uvažuje: uzavreté termodynamické systémy, ktoré si nevymieňajú látky s inými systémami, ale ktoré si vymieňajú látky a energiu s inými systémami; adiabatické T. systémy, v ktorých s inými systémami chýba; izolované systémy, ktoré si nevymieňajú energiu alebo látky s inými systémami. Ak systém nie je izolovaný, jeho stav sa môže zmeniť; zmena stavu T. s. volal termodynamický proces. T.s. môžu byť fyzikálne homogénne (homogénny systém) a heterogénne (heterogénny systém), pozostávajúce z viacerých. homogénne časti s rôznymi fyzikálnymi Svätý ty. V dôsledku fázy a chemického premeny (pozri FÁZOVÝ PRECHOD) homogénne T. s. sa môžu stať heterogénnymi a naopak.
Fyzický encyklopedický slovník. - M.: Sovietska encyklopédia. . 1983 .
TERMODYNAMICKÝ SYSTÉM
Súbor makroskopických telesá, ktoré môžu interagovať medzi sebou a s inými telesami (vonkajším prostredím) – vymieňať si s nimi energiu a hmotu. T.s. pozostáva z takého množstva štruktúrnych častíc (atómov, molekúl), že jeho stav možno charakterizovať makroskopicky. parametre: hustota, tlak, koncentrácia látok tvoriacich tuhé látky a pod.
T.s. je v rovnováhe (porov. termodynamická rovnováha), ak sa parametre systému časom nemenia a v systéme nie je žiadny materiál. stacionárne toky (teplo, hmota atď.). Pre rovnováhu T.s. predstaví sa pojem teplota Ako stavový parameter, majúci rovnaký význam pre všetky makroskopické. časti systému. Počet parametrov nezávislého stavu sa rovná počtu stupne slobody T.S., zostávajúce parametre môžu byť vyjadrené pomocou nezávislých parametrov stavové rovnice. Vlastnosti rovnovážneho T.s. štúdia termodynamika rovnovážne procesy (termostatika), vlastnosti nerovnovážnych systémov - termodynamika nerovnovážnych procesov.
Termodynamika uvažuje: uzavreté termodynamické systémy, ktoré si nevymieňajú hmotu s inými systémami; otvorené systémy, výmena hmoty a energie s inými systémami; a d i a b a t n e T.s., v ktorom nedochádza k výmene tepla s inými systémami; izolovaný T. homogénny systém) a heterogénny ( heterogénny systém), pozostávajúce z niekoľkých homogénnych častí s rôznymi fyzikálnymi vlastnosťami. vlastnosti. V dôsledku fázy a chemického premeny (pozri Fázový prechod) homogénna T. s. sa môžu stať heterogénnymi a naopak.
Lit.: Epshtein P.S., Kurz termodynamiky, prel. z angličtiny, M.-L., 1948; Leontovič M.A., Úvod do termodynamiky, 2. vydanie, M.-L., 1951; Samoilovich A, G., Termodynamika a, 2. vydanie, M., 1955.
Fyzická encyklopédia. V 5 zväzkoch. - M.: Sovietska encyklopédia. Šéfredaktor A. M. Prochorov. 1988 .
Pozrite si, čo je „TERMODYNAMICKÝ SYSTÉM“ v iných slovníkoch:
Makroskopické teleso izolované od okolia pomocou priečok alebo škrupín (môžu byť aj mentálne, podmienené) a charakterizované makroskopickými parametrami: objem, teplota, tlak atď. Na tento účel... ... Veľký encyklopedický slovník
termodynamický systém- termodynamický systém; sústava Súbor telies, ktoré môžu energeticky interagovať medzi sebou a s inými telesami a vymieňať si s nimi hmotu... Polytechnický terminologický výkladový slovník
TERMODYNAMICKÝ SYSTÉM- súbor fyzických telesá, ktoré si môžu navzájom a s inými telesami vymieňať energiu a hmotu (vonkajšie prostredie). T.s. je akýkoľvek systém pozostávajúci z veľmi veľkého počtu molekúl, atómov, elektrónov a iných častíc, ktoré majú veľa... ... Veľká polytechnická encyklopédia
termodynamický systém- Teleso (súbor telies) schopné vymieňať si energiu a (alebo) hmotu s inými telesami (medzi sebou). [Kolekcia odporúčaných výrazov. Vydanie 103. Termodynamika. Akadémie vied ZSSR. Výbor pre vedeckú a technickú terminológiu. 1984... Technická príručka prekladateľa
termodynamický systém- - ľubovoľne vybraná časť priestoru obsahujúca jednu alebo viac látok a oddelená od vonkajšieho prostredia reálnou alebo podmienenou škrupinou. Všeobecná chémia: učebnica / A. V. Žolnin ... Chemické termíny
termodynamický systém- makroskopické teleso, oddelené od okolia reálnymi alebo imaginárnymi hranicami, ktoré možno charakterizovať termodynamickými parametrami: objem, teplota, tlak a pod.. Sú izolované,... ... Encyklopedický slovník hutníctva
Makroskopické teleso izolované od okolia pomocou priečok alebo schránok (môžu byť aj mentálne, podmienené), ktoré možno charakterizovať makroskopickými parametrami: objem, teplota, tlak atď. Pre... ... encyklopedický slovník
Termodynamika ... Wikipedia
termodynamický systém- termodinaminė sistema statusas T sritis chemija apibrėžtis Kūnas (kūnų visuma), kurį nuo aplinkos skiria reali ar įsivaizduojama riba. atitikmenys: angl. termodynamický systém rus. termodynamický systém... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
termodynamický systém- termodinaminė sistema statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. termodynamický systém vok. termodynamický systém, n rus. termodynamický systém, f pranc. système thermodynamique, m … Fizikos terminų žodynas
Pozrime sa na vlastnosti termodynamických systémov. Obvykle sú chápané ako fyzikálne makroskopické formy pozostávajúce z významného počtu častíc, ktoré neznamenajú použitie každej jednotlivej častice na opis makroskopických charakteristík.
Neexistujú žiadne obmedzenia týkajúce sa povahy častíc materiálu, ktoré sú základnými zložkami takýchto systémov. Môžu byť prezentované vo forme molekúl, atómov, iónov, elektrónov, fotónov.
Zvláštnosti
Analyzujme charakteristické vlastnosti termodynamických systémov. Príkladom je akýkoľvek objekt, ktorý možno pozorovať bez použitia ďalekohľadov alebo mikroskopov. Pre úplný popis takéhoto systému sú vybrané makroskopické detaily, vďaka ktorým je možné určiť objem, tlak, teplotu, elektrickú polarizáciu, magnetickú indukciu, chemické zloženie a hmotnosť komponentov.
Pre akékoľvek termodynamické systémy existujú podmienené alebo skutočné hranice, ktoré ich oddeľujú od prostredia. Namiesto toho sa často používa koncept termostatu, ktorý sa vyznačuje takou vysokou tepelnou kapacitou, že v prípade výmeny tepla s analyzovaným systémom zostáva indikátor teploty nezmenený.
Klasifikácia systému
Uvažujme, aká je klasifikácia termodynamických systémov. V závislosti od povahy jeho interakcie s prostredím je obvyklé rozlišovať:
- izolované druhy, ktoré si nevymieňajú hmotu ani energiu s vonkajším prostredím;
- adiabaticky izolovaný, nevymieňa si hmotu s vonkajším prostredím, ale vstupuje do výmeny práce alebo energie;
- V uzavretých termodynamických systémoch nedochádza k výmene hmoty, sú povolené len zmeny energetickej hodnoty;
- otvorené systémy sa vyznačujú úplným prenosom energie a hmoty;
- čiastočne otvorené môžu mať polopriepustné priečky, a preto sa plne nezúčastňujú na výmene materiálu.
V závislosti od popisu možno parametre termodynamického systému rozdeliť na zložité a jednoduché možnosti.
Vlastnosti jednoduchých systémov
Jednoduché systémy sa nazývajú rovnovážne stavy, ktorých fyzikálny stav možno určiť špecifickým objemom, teplotou a tlakom. Príkladmi termodynamických systémov tohto typu sú izotropné telesá, ktoré majú rovnaké charakteristiky v rôznych smeroch a bodoch. Kvapaliny, plynné látky, pevné látky, ktoré sú v stave termodynamickej rovnováhy, teda nie sú vystavené elektromagnetickým a gravitačným silám, povrchovému napätiu a chemickým premenám. Analýza jednoduchých telies sa v termodynamike považuje za dôležitú a relevantnú z praktického aj teoretického hľadiska.
Vnútorná energia termodynamického systému tohto typu je spojená s okolitým svetom. Pri popise sa používa počet častíc a hmotnosť látky každej jednotlivej zložky.
Komplexné systémy
Komplexné termodynamické systémy zahŕňajú termodynamické systémy, ktoré nespadajú pod jednoduché typy. Sú to napríklad magnety, dielektriká, pevné elastické telesá, supravodiče, fázové rozhrania, tepelné žiarenie a elektrochemické systémy. Ako parametre používané na ich opis si všimneme elasticitu pružiny alebo tyče, fázové rozhranie a tepelné žiarenie.
Fyzikálny systém je súbor, v ktorom nedochádza k chemickej interakcii medzi látkami v medziach teploty a tlaku vybraných na výskum. A chemické systémy sú tie možnosti, ktoré zahŕňajú interakciu medzi jeho jednotlivými zložkami.
Vnútorná energia termodynamického systému závisí od jeho izolácie od vonkajšieho sveta. Napríklad ako variant adiabatickej škrupiny si možno predstaviť Dewarovu banku. Homogénny charakter sa prejavuje v systéme, v ktorom majú všetky zložky podobné vlastnosti. Príkladmi sú plynné, tuhé a kvapalné roztoky. Typickým príkladom plynnej homogénnej fázy je zemská atmosféra.
Vlastnosti termodynamiky
Táto časť vedy sa zaoberá štúdiom základných vzorcov procesov, ktoré sú spojené s uvoľňovaním a absorpciou energie. Chemická termodynamika zahŕňa štúdium vzájomných premien jednotlivých častí systému, stanovenie vzorcov prechodu jedného typu energie na iný za daných podmienok (tlak, teplota, objem).
Systém, ktorý je predmetom termodynamického výskumu, môže byť reprezentovaný vo forme akéhokoľvek prírodného objektu, vrátane veľkého počtu molekúl, ktoré sú oddelené rozhraním s inými reálnymi objektmi. Stavom systému sa rozumie súhrn jeho vlastností, ktoré ho umožňujú určiť z hľadiska termodynamiky.
Záver
V každom systéme sa pozoruje prechod z jedného typu energie na druhý a nastolí sa termodynamická rovnováha. Osobitný význam má časť fyziky, ktorá sa zaoberá podrobným štúdiom premien, zmien a zachovania energie. Napríklad v chemickej kinetike je možné nielen opísať stav systému, ale aj vypočítať podmienky, ktoré prispievajú k jeho posunutiu v požadovanom smere.
Hessov zákon, ktorý dáva do súvisu entalpiu a entropiu uvažovanej transformácie, umožňuje identifikovať možnosť spontánnej reakcie a vypočítať množstvo tepla uvoľneného (absorbovaného) termodynamickým systémom.
Termochémia, založená na základoch termodynamiky, má praktický význam. Vďaka tomuto úseku chémie sa vo výrobe vykonávajú predbežné výpočty palivovej účinnosti a realizovateľnosti zavedenia určitých technológií do skutočnej výroby. Informácie získané z termodynamiky umožňujú aplikovať javy elasticity, termoelektriky, viskozity a magnetizácie pre priemyselnú výrobu rôznych materiálov.
Termodynamický systém- súbor makroskopických telies, ktoré môžu interagovať medzi sebou a s inými telesami (vonkajším prostredím) - vymieňať si s nimi energiu a hmotu. Výmena energie a hmoty môže prebiehať tak v rámci samotného systému medzi jeho časťami, ako aj medzi systémom a vonkajším prostredím. V závislosti od možných spôsobov izolácie systému od vonkajšieho prostredia sa rozlišuje niekoľko typov termodynamických systémov.
Otvorený systém sa nazýva termodynamický systém, ktorý dokáže vymieňať hmotu a energiu s vonkajším prostredím. Typickými príkladmi takýchto systémov sú všetky živé organizmy, ako aj kvapaliny, ktorých hmotnosť neustále klesá v dôsledku vyparovania alebo varu.
Termodynamický systém volal ZATVORENÉ, ak si nedokáže vymieňať energiu ani hmotu s vonkajším prostredím. ZATVORENÉ sústavu budeme nazývať termodynamickým systémom, ktorý je mechanicky izolovaný, t.j. neschopný vymieňať si energiu s vonkajším prostredím vykonávaním práce. Príkladom takéhoto systému je plyn uzavretý v nádobe s konštantným objemom. Termodynamický systém je tzv adiabatické, ak si nemôže vymieňať energiu s inými systémami prostredníctvom výmeny tepla.
Termodynamické parametre (stavové parametre) sú fyzikálne veličiny, ktoré slúžia na charakterizáciu stavu termodynamického systému.
Príkladmi termodynamických parametrov sú tlak, objem, teplota, koncentrácia. Existujú dva typy termodynamických parametrov: rozsiahle A intenzívne. Prvé sú úmerné množstvu látky v danom termodynamickom systéme, druhé nezávisia od množstva látky v systéme. Najjednoduchším rozsiahlym parametrom je objem V systémov. Veľkosť v, ktorý sa rovná pomeru objemu sústavy k jej hmotnosti, sa nazýva špecifický objem sústavy. Najjednoduchšie intenzívne parametre sú tlak R a teplotu T.
Tlak je fyzikálna veličina
Kde dFn- modul normálovej sily pôsobiaci na malú plochu povrchu plochého telesa
striedmo dS.
Ak tlak a špecifický objem majú jasný a jednoduchý fyzikálny význam, potom je pojem teplota oveľa zložitejší a menej jasný. Predovšetkým si všimnime, že pojem teplota má, prísne vzaté, zmysel len pre rovnovážne stavy systému.
Rovnovážny stav termodynamického systému– stav systému, v ktorom majú všetky parametre určité hodnoty a v ktorom môže systém zotrvať tak dlho, ako si želáte. Teplota vo všetkých častiach termodynamického systému v rovnovážnom stave je rovnaká.
Pri výmene tepla medzi dvoma telesami s rôznymi teplotami sa teplo prenáša z telesa s vyššou teplotou do telesa s nižšou teplotou. Tento proces sa zastaví, keď sa teploty oboch telies vyrovnajú.
Teplota systému v rovnovážnom stave slúži ako miera intenzity tepelného pohybu atómov, molekúl a iných častíc, ktoré tvoria systém. V systéme častíc opísaných zákonmi klasickej štatistickej fyziky a v rovnovážnom stave je priemerná kinetická energia tepelného pohybu častíc priamo úmerná termodynamickej teplote systému. Preto sa niekedy hovorí, že teplota charakterizuje stupeň zahriatia tela.
Pri meraní teploty, ktoré je možné robiť len nepriamo, sa využíva závislosť od teploty množstva priamo alebo nepriamo merateľných fyzikálnych vlastností telesa. Napríklad pri zmene teploty telesa sa mení jeho dĺžka a objem, hustota, elastické vlastnosti, elektrický odpor atď. Zmena ktorejkoľvek z týchto vlastností je základom pre meranie teploty. K tomu je potrebné, aby pre jedno (vybrané) teleso, nazývané termometrické teleso, bola známa funkčná závislosť tejto vlastnosti od teploty. Na praktické merania teploty sa používajú teplotné stupnice zostavené pomocou termometrických telies. V medzinárodnej stupnici Celzia teploty je teplota vyjadrená v stupňoch Celzia (°C) [A. Celsius (1701–1744) – švédsky vedec] a je určený t a predpokladá sa, že pri normálnom tlaku 1,01325 × 10 5 Pa sú teploty topenia ľadu a vriacej vody rovné 0 a 100 °C. Na termodynamickej teplotnej stupnici je teplota vyjadrená v Kelvinoch (K) [U. Thomson, Lord Kelvin (1821–1907) – anglický fyzik], zn. T a nazýva sa termodynamická teplota. Vzťah medzi termodynamickou teplotou T a teplota na stupnici Celzia má tvar T = t + 273,15.
Teplota T= 0 K (stupnica Celzia t= –273,15 °C) sa nazýva absolútna nula teplota alebo nula na termodynamickej teplotnej stupnici.
Parametre stavu systému sú rozdelené na externé a interné. Externé parametre systémy sú fyzikálne veličiny, ktoré závisia od polohy v priestore a rôznych vlastností (napríklad elektrických nábojov) telies, ktoré sú pre daný systém vonkajšie. Napríklad pre plyn je týmto parametrom objem V plavidlo,
v ktorej sa plyn nachádza, pretože objem závisí od umiestnenia vonkajších telies - stien nádoby. Atmosférický tlak je vonkajší parameter pre kvapalinu v otvorenej nádobe. Interné parametre systémy sú fyzikálne veličiny, ktoré závisia tak od polohy telies mimo systému, ako aj od súradníc a rýchlostí častíc tvoriacich tento systém. Napríklad vnútorné parametre plynu sú jeho tlak a energia, ktoré závisia od súradníc a rýchlostí pohybujúcich sa molekúl a od hustoty plynu.
Pod termodynamický proces rozumieť každej zmene stavu uvažovaného termodynamického systému, charakterizovanej zmenou jeho termodynamických parametrov. Termodynamický proces je tzv rovnováha, ak pri tomto procese sústava prechádza súvislým radom nekonečne blízkych termodynamicky rovnovážnych stavov. Reálne procesy zmeny stavu systému vždy prebiehajú konečnou rýchlosťou, a preto nemôžu byť v rovnováhe. Je však zrejmé, že skutočný proces zmeny stavu systému bude tým bližšie k rovnováhe, čím pomalšie prebieha, preto sa takéto procesy nazývajú tzv. kvázistatický.
Príklady najjednoduchších termodynamických procesov sú nasledujúce procesy:
a) izotermický proces, pri ktorom sa teplota systému nemení ( T= konšt.);
b) izochorický proces prebiehajúci pri konštantnom objeme systému ( V= konšt.);
c) izobarický proces prebiehajúci pri konštantnom tlaku v systéme ( p= konšt.);
d) adiabatický proces prebiehajúci bez výmeny tepla medzi systémom a vonkajším prostredím.
