Основы термодинамики горных пород. Термодинамические системы и их параметры.

Наука, занимающаяся изучением законов взаимодействия и передачи энергии, называется – термодинамикой.

Термодинамика рассматривает тела, состоящие из большого количества молекул (системы), и в ее классическом виде не принимает во внимание поведение и свойств отдельных молекул взаимодействие между ними, энергетические превращения внутри тел, т.е. феноменологическая или классическая термодинамика не связана с представлением о микроструктуре вещества.

Оценкой поведения отдельных молекул занимается молекулярно-кинетическая теория вещества, которая обосновывает результаты термодинамики. Поведением систем, состоящих из большого числа частиц, занимается статистическая физика, которая определяет свойства систем (тел) математическими методами, основаными на теории вероятности.

Таким образом, объектом исследования является макроскопические тела, состоящие из большого числа материальных частиц (молекул, атомов, электронов и т.п.), а в более общей поставновке и поля (электическое, магнитное, гравитационное).

Под термодинамической системой понимают макротело или совокупность тел, выделенных из материального мира и являющихся объектами исследования.

Система может быть гомогенной(однородной), обладающей одними и теми же свойствами, либо гетерогенной, состоящей из нескольких разновидностей частей (веществ) или веществ в различных агрегатных состяниях. Гомогенные части гетерогенной системы, отделенные от остальной ее части видимыми границами (поверхностями раздела), называются фазами.

Если система переходит из одного состояния в другое, то процесс перехода представляет собой термодинамический процесс.

Под термодинамическим процессом понимают всевозможные изменения состояния системы, которые возникают в ней под влиянием внешных воздействий.

Все процессы, происходящие в термодинамической системе, можно разделить на равновесные и неравновесные.

Равновесные – процессы при которых система переходит последовательно из одного состояния равновесия в другое.

Неравновесные – процессы, которые не сопровождаются состоянием равновесия. Процесс перехода системы из неравновесного состояния в равновесное называется релаксацией, а время перехода в состояние равновесия – временем релаксации.

Если процесс протекает настолько медленно, что в каждый момент времени успевает установиться равновесие, то такой процесс носит название квазистатистического. В ходе квазистатистического процесса система и окружающая среда в каждый момент времени находится в квазиравновесных состояниях. Квазистатические процессы обладают свойством обратимости, т.е. в них может быть изменено направление процесса на обратное.

Рановесным состоянием термодинамической системы называется такое состояние, к которому она стремится принимая при этом минимальное значение внутреней энергии. В отличие от равновесного состояния стационарное, предусматривает постоянство во времени параметров во всех частях системы, но это постоянство должно поддерживаться с помощью каких-либо процессов.

Закон теплового равновемия носит название нулевого закона термодинамики. Если системы А и В находятся в тепловом равновесии и системы В и С находятся в тепловом равновесии, то системы А и С также находятся в тепловом равновесии между собой:

А ~ В, В ~ С → А ~ С.

Состояние минералов и горных пород в термодинамических системах характеризуют параметры состояния, которые делятся на внешние (характеризвующие окружающую среду) и внутрение (определяющие внутренее состояние системы).

Внутрение параметры подразделяются на интенсивные и экстенсивные.

Интенсивные те, величина которых не зависит от размеров (массы) системы. Например, давление и температура системы не изменяются, если мы разделим систему на несколько частей. К интенсивным относят и удельные параметры, отнесеные к колическтву вещества (удельный объем, удельная теплоемкость и т.д.).

Экстенсивные параметры те, которые зависят от количества веществ в системе. К ним можно отнести общий объем системы, массу и т.д.

В термодинамике существует подразделение параметров на термические (давление, температура, удельный объем) и калорические – энергитические параметры (удельная энергия, удельная теплоемкость, удельные скрытые теплоты фазовых переходов).