Termodynamické parametry - co to je? Parametry stavu termodynamického systému

Dlouhou dobu mezi fyziky a zástupci jiných věd byl způsob, jak popisovat to, co pozorují v průběhu experimentů. Nedostatek společného názoru a přítomnost velkého počtu výrazů "odebraných ze stropu" vedly k zmatku a nedorozumění mezi kolegy. Časem každá část fyziky získala své zavedené definice a jednotky měření. Takže existovaly termodynamické parametry vysvětlující většinu makroskopických změn v systému.

Definice

Parametry stavového nebo termodynamického parametru jsou série fyzikálních veličin, které společně a jednotlivě mohou dát pozorovatelnému systému charakteristiku. Patří mezi ně pojmy jako:

• teplota a tlak;
• koncentrace, magnetické indukce;
• entropie;
• entalpie;
• energií Gibbs a Helmholtz a mnoho dalších.

Zdůrazňuje intenzivní a rozsáhlé parametry. Rozsáhlé jsou ty, které jsou přímo závislé na hmotnosti termodynamického systému a intenzivní - které jsou určeny jinými kritérii. Ne všechny parametry jsou stejně nezávislé, proto pro výpočet rovnovážného stavu systému je třeba určit několik parametrů najednou.

Navíc mezi fyziky existují určité terminologické rozdíly. Jeden a stejné fyzikální vlastnosti různých autorů lze nazvat tento proces, souřadnice, množství, parametrů nebo prostě vlastnost. Vše závisí na tom, jaký obsah vědec používá. V některých případech však existují standardizovaná doporučení, která se musí držet autorů dokumentů, učebnic nebo objednávek.

Klasifikace

Existuje několik klasifikací termodynamických parametrů. Takže, vycházející z prvního bodu, je již známo, že všechny hodnoty lze rozdělit na:

• Rozsáhlé (aditivní) - takové látky podléhají zákonu o přidávání, tj. Jejich hodnota závisí na počtu složek;
• intenzivní - nezávisí na tom, kolik substancí bylo užíváno pro reakci, protože jsou během interakce zarovnány.

Na základě podmínek, za kterých se nacházejí látky tvořící systém, mohou být hodnoty rozděleny na hodnoty, které popisují fázové reakce a chemické reakce. Kromě toho je třeba vzít v úvahu vlastnosti látek, reagovat. Mohou být:

• termomechanické;
• termofyzikální;
• termochemické.

Navíc jakýkoli termodynamický systém provádí určitou funkci, takže parametry mohou charakterizovat práci nebo teplo produkované reakcí a také umožňují výpočet energie potřebné k přenosu hmoty částic.

Proměnné státu

Stav jakéhokoli systému, včetně termodynamického, může být určen kombinací jeho vlastností nebo vlastností. Všechny proměnné, které jsou zcela určeny pouze v určitém časovém okamžiku a nezávisí na tom, jak systém přišel do tohoto stavu, se nazývají termodynamické parametry (proměnné) stavových nebo státních funkcí.

Systém se považuje za stacionární, pokud se funkce proměnné časem nezmění. Jedna z možností stacionární stav - to je termodynamická rovnováha. Každá, dokonce i nejmenší změna v systému, je již procesem a v něm může existovat jedna až několik proměnných termodynamických parametrů státu. Sekvence, v níž se stavy systému průběžně mění, se nazývá "způsob procesu".

Bohužel záleží na podmínkách, protože stejná proměnná může být buď nezávislá, nebo výsledkem přidání několika funkcí systému. Proto mohou být pojmy jako "státní funkce", "stavový parametr", "stavová proměnná" považovány za synonyma.

Teplota

Jedním z nezávislých parametrů stavu termodynamického systému je teplota. Je to množství, které charakterizuje množství kinetické energie na jednotku částic v termodynamickém systému ve stavu rovnováhy.

Pokud se blížíme k definici konceptu z hlediska termodynamiky, potom je teplota nepřímo úměrná změně entropie po přidání tepla (energie) do systému. Když je systém v rovnováze, hodnota teploty je pro všechny "účastníky" stejná. Pokud je teplotní rozdíl, pak je energie odváděna více ohřátým tělesem a absorbována chladnějším.

Existují termodynamické systémy, v nichž se přírůstek energetické náhodnosti (entropie) nezvyšuje, ale naopak - klesá. Kromě toho, je-li takový systém bude pracovat s tělem, jehož teplota je vyšší než jeho vlastní, to bude dávat svou kinetickou energii do tohoto orgánu, a ne naopak (na základě zákonů termodynamiky).

Tlak

Tlak je veličina charakterizující sílu působící na tělo kolmo na jeho povrch. Pro výpočet tohoto parametru je nutné rozdělit celé množství síly do oblasti objektu. Jednotky měření této síly budou hýčkané.

V případě termodynamických parametrů plynu, který zabírá celý objem k dispozici k němu, a, kromě toho, molekuly jeho složek, a neustále pohybovat náhodně srazí spolu navzájem a s nádobou, ve kterém jsou umístěny. Tyto účinky ovlivňují tlak látky na stěnách nádoby nebo na tělo, které je umístěno v plynu. Síla se šíří ve všech směrech rovně kvůli nepředvídatelnému pohybu molekul. Pro zvýšení tlaku je nutné zvýšit teplotu systému a naopak.

Vnitřní energie

Základní termodynamické parametry, v závislosti na hmotnosti systému, zahrnují vnitřní energii. To se skládá z kinetické energie v důsledku pohybu molekul hmoty, a také z potenciální energie, která se objeví, když molekuly vzájemně reagují.

Tento parametr je jednoznačný. To znamená, že hodnota vnitřní energie je konstantní vždy, když je systém v správném stavu, bez ohledu na to, jak byl dosažen.

Není možné měnit vnitřní energii. Je složen z tepla uvolněného systémem a práce, kterou produkuje. U některých procesů se berou v úvahu i další parametry, jako je teplota, entropie, tlak, potenciál a počet molekul.

Entropie

Druhý termodynamický zákon říká, že entropie izolovaný systém se nezmenšuje. Další formulace předpokládá, že energie nikdy nepřechází z těla s nižší teplotou na vyšší teplotu. To zase odmítá možnost vytvoření věčného pohybu, protože veškerá energie, kterou má tělo k dispozici, nemůže být přemístěno do práce.

Samotný koncept "entropie" byl představen v polovině 19. století. Pak byla vnímána jako změna množství tepla na teplotu systému. Tato definice je však vhodná pouze pro procesy, které jsou neustále ve stavu rovnováhy. Z toho můžeme vyvodit následující závěr: pokud teplota těles tvořících systém má tendenci k nulovému, pak bude entropie také nulová.

Entropie jako termodynamický parametr stavu plynu se používá jako indikace míry náhodnosti, náhodnosti pohybu částic. Používá se k určení distribuce molekul v určité oblasti a nádobě nebo k výpočtu elektromagnetické síly interakce mezi ionty látky.

Enthalpy

Entalpie je energie, která může být přeměněna na teplo (nebo práci) za konstantního tlaku. To je potenciál systému, který je ve stavu rovnováhy, pokud vědce pozná úroveň entropie, počet molekul a tlak.

V případě, kdy je indikován termodynamický parametr ideálního plynu, namísto entalpie se používá výraz "energie rozšířeného systému". Aby bylo možné tuto hodnotu vysvětlit sami sebe, je možné si představit nádobu naplněnou plynem, který je rovnoměrně stlačován pístem (například motorem s vnitřním spalováním). V tomto případě se entalpie rovná nejen vnitřní energii látky, ale také práci, kterou je třeba udělat, aby se systém dostal do požadovaného stavu. Změna tohoto parametru závisí pouze na počátečním a konečném stavu systému a cesta, na kterou bude dosažena, nehraje roli.

Gibbs Energy

Termodynamické parametry a procesy se z větší části týkají energetického potenciálu látek tvořících systém. Energie Gibbs je tedy ekvivalentní celkové chemické energii systému. Ukazuje, jaké změny se vyskytnou v procesu chemických reakcí a zda látky vůbec budou interagovat.

Změna množství energie a teploty systému v průběhu reakce ovlivňuje takové pojmy jako entalpie a entropie. Rozdíl mezi těmito dvěma parametry se nazývá Gibbsova energie nebo izobaricko-izotermický potenciál.

Minimální hodnota této energie je pozorována v případě, kdy je systém v rovnováze a jeho tlak, teplota a množství hmoty zůstávají nezměněny.

Helmholtzova energie

Helmholtzova energie (podle jiných zdrojů - jen volná energie) je potenciální množství energie, které systém ztratí při interakci s těly, které nejsou jeho součástí.

Helmholtzova koncepce volné energie se často používá k určení toho, jaký maximální výkon může systém provádět, to znamená, kolik tepla se uvolní, když se látky převádějí z jednoho státu do druhého.

Je-li systém v termodynamické rovnováze (tj. Nevykonává žádnou práci), pak je úroveň volné energie minimální. Změna jiných parametrů, jako je teplota, tlak, počet částic, se tak také nevyskytuje.