Термодинамическое описание равновесных систем.

Термодинамический подход.

Итак, термодинамика изучает макроскопические системы, находящиеся в состоянии равновесия. Рассматривая процессы в физических системах мы должны каждый раз точно устанавливать какую конкретную систему мы рассматриваем, т.е определенным образом выделить ее среди окружающих тел, и определить охарактеризовать систему и те внешние условия, в которых она находилась. Пример: газ в сосуде взаимодействует со стенками, т.е. внешние условия определяются стенками (объем). Величины, описывающие состояние внешних тел данной системы – внешние параметры. Но кроме того состояние газа определяется положением и скоростями его молекул. Все величины, от них зависящие – внутренние параметры.

Внешние параметры описывают конфигурацию внешних тел, взаимодействующих с системой (объем, внешние поле итд.)

Внутренние параметры совокупным движением и распределением в пространстве входящих в систему частиц и координатами внешних тел (плотность, энергия, поляризация)

Речь идет о макроскопических параметрах.

Замечание: одни и те же параметры могут быть и внутренними и внешними в зависимости от условий, в которых находится система. Объем при фиксированном положении стенок сосуда – внешний параметр, а давление – внутренний. Если в сосуде есть подвижный поршень, то наоборот.

Величины не зависящие от предыстории системы и полностью определяемые ее состоянием в данный момент называются функциями состояния. На плоскости параметров (например, PV) равновесное состояние отмечается точкой.

Если некоторые параметры системы со временем все же изменяются, то в такой системе происходит процесс. Но изменения – это вообще говоря нарушение равновесия. О чем тогда речь? Здесь самое время ввести исходный, основной постулат термодинамики:

Изолированная макроскопическая система с течением времени приходит в состояние динамического равновесия и никогда самопроизвольно выйти из него не может (Общее начало ТД). Так вот, процесс перехода системы в равновесное состояние называется релаксацией, а характерный промежуток времени, за который это происходит, называется временем релаксации. Так вот мы будем иметь дело с медленными, квазистатическими процессами, характерное время которых >> времени релаксации, т.е.

При изменении параметров система быстро успевает прийти в новое состояние равновесия и мы практически имеем дело с непрерывной последовательностью состояний равновесий. Также процессы – квазистатич. равновесие. Квазистатический процесс – обратимый процесс. На плоскости параметров, как это ясно из сказанного, изображается кривой.

Теплоизолированной (адиабатически изолированной) системой называется система, состояние которой может быть изменено только с помощью изменения внешних параметров. При этом система совершает работу (макроскопическую). При малом изменении внешних параметров ее можно записать так:

,

где X_i – обобщенные силы, x_i – обобщенные координаты внешних тел (внешних параметров)

Пример:

газ:

диэлектрик:

измен. маг. состояния:

Полная работа вообще-то зависит от пути перехода из одного состояния в другое, например:

(p зависит от τ - температура)

Теплоизолированный процесс – это процесс, происходящий в изолированной системе, или системе, помещенной в теплоизолированную оболочку.

Дата добавления: 2021-05-28; просмотров: 351;