Теплофизика. Часть 1 «Основы термодинамики»: Учебное пособие, страница 3

Равновесным называют такое состояние систем, при котором все параметры ее постоянны.

При взаимодействии системы с внешней средой ее состояние изменяется. Изменение состояния термодинамической системы называют термодинамическим процессом. Термодинамические процессы подразделяют на равновесные, или квазистатические, и неравновесные. Квазистатические процессы протекают при бесконечно малой скорости изменения параметров и характеризуются следующими особенностями: а) давление и температуру системы можно считать равными давлению и температуре среды; б) процесс совершается с бесконечно малой скоростью; в) система в любой момент равновесна; г) количество энергии, отданное средой системе в виде работы, всегда равно количеству энергии, воспринятому системой.

Равновесные процессы часто называют обратимыми. В этом случае после проведения процесса в прямом направлении система может быть возвращена в первоначальное состояние через ряд последовательных равновесных состояний, пройденных системой при прямом процессе. Осуществление прямого и обратного процессов не приводит к изменениям в среде и системе. Основные термодинамические параметры состояния рабочего тела (давление, удельный объем и температура) связаны уравнением

f(p,v, T) =0.                     (1.1)

Если задано уравнение состояния, то для определения состояния системы достаточно знать два основных параметра из трех, т. е.

p= f₁(v, T); v= f₂(p, T); T= f₃(p, v)

Последние соотношения справедливы для систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия. Уравнение (1.1) характеризует термодинамическую поверхность. Состояние системы на этой поверхности будет изображаться точкой, а переход системы в иное состояние равновесия — кривой.

Процессы, осуществляемые при неизменном значении какого либо параметра, называют изопроцессами; изохорным (при v= const), изобарным (при р = const ), изотермическим (при Т = const). Процессы без теплообмена системы со средой называют адиабатными.

В термодинамике особое место занимают замкнутые, или круговые, процессы, при осуществлении которых система, проходя через несколько последовательных равновесных состояний, возвращается к начальному состоянию. Такие процессы называют циклами.

При любом термодинамическом процессе между системой и внешней средой происходит обмен тепловой или механической энергией. В первом случае обмен осуществляется при контакте тел с различной температурой. Энергия передается на молекулярном уровне от более нагретого тела к холодному. Полученную телом теплоту называют подведенной (сообщенной), отданную теплоту называют отведенной (отнятой). Количество подведенной или отведенной теплоты измеряют в джоулях и обозначают буквой Q. Если теплоту относят к 1 кг массы, то ее количество обозначают буквой q. Принято, что подведенная теплота имеет знак плюс, а отведенная — минус. Второй способ передачи энергии осуществляется при изменении объема тела. О количестве переданной энергии в этом случае судят по работе, совершенной над телом или затраченной им. Величину работы обозначают буквой L,а отнесенное к единице массы ее количество — l. Величины L и l  измеряют также в Дж и Дж/кг. Совершенной над телом работе присваивают знак минус, а затраченной — плюс.

Передача тепловой и механической энергии может происходить одновременно. Численные значения зависят от условий передачи энергии. Следовательно, теплота и работа являются функциями процесса. Поэтому изменение температуры тела в том или ином процессе определяется соотношением тепловой и механической энергий, переданных телу или отнятых от него. Если термодинамическая система находится в состоянии равновесия, т. е. не переходит из одного состояния в другое, то не будет передачи энергии ни в форме теплоты, ни в форме работы.

Любая термодинамическая система обладает запасом энергии, которую называют внутренней энергией системы U и измеряют в джоулях. Внутренняя энергия системы зависит от основных взаимосвязанных параметров, т. е. U= f (p, V, Т).