Любое свойство системы можно рассматривать и как параметр состояния системы и как функцию состояния системы. Свойство является параметром состояния системы в том случае, если оно рассматривается в качестве независимой переменной, характеризующей состояние системы. В противном случае это свойство относят к функциям состояния системы, т.е. к термодинамическим функциям.
Примером функции состояния может быть внутренняя энергия. Абсолютные значения функций состояния рассчитывать затруднительно или невозможно в принципе. Поэтому обычно оценивают изменения величины этих функций. Эти изменения определяются только начальным и конечным состояниями системы и не зависят от пути перехода системы от одного состояния к другому.
Количественно термодинамические состояния характеризуют с помощью термодинамических свойств системы, которые являются частью общих (физических и химических) свойств. Примерами термодинамических свойств могут служить объем, абсолютная температура, внутренняя энергия. Для описания состояния термодинамической системы используют два подхода.
Первый подход применяется в классической термодинамике. Состояние системы описывают с помощью уравнения состояния (1.3): pV = nRT. Это уравнение связывает термодинамические параметры простой газовой системы (p, V, T, n), которые выступают в качестве независимых переменных, характеризующих с одной стороны состояние системы, а с другой стороны термодинамические условия протекания процесса.
Различают параметры экстенсивные, пропорциональные массе данной системы, и интенсивные – независящие от массы системы. Примерами экстенсивных параметров могут служить: объем, внутренняя энергия, а примерами интенсивных параметров - давление, температура и другие.
Среди параметров состояния системы особое место занимает концентрация. Это понятие, связанное с количеством вещества, используют для оценок относительного содержания в химической системе любого из компонентов (см. также главу 1).
Второй способ описания макросостояния термодинамической системы состоит в оценке набора микросостояний[7], с помощью которых может быть осуществлено данное макросостояние. Количественно это описание выполняется с привлечением понятия термодинамической вероятности.
Микросостояние определяется координатами частицы и скоростью ее движения. Число микросостояний определяет термодинамическая вероятность.
Термодинамическая вероятность (w) – число, пропорциональное количеству физически различимых микроскопических состояний, которыми может быть реализовано данное макроскопическое состояние системы. Термодинамическая вероятность системы выражается через произведение вероятностей микросостояний отдельных частиц системы, т. е.: w = w1×w2×¼×wn
Наиболее просто физический смысл термодинамической вероятности можно проиллюстрировать с помощью следующего примера.
Пусть система представлена идеальным газом, занимающим некоторый объем V. Разделим этот объем на Х ячеек, каждая из которых может вмещать только одну молекулу газа. Любую ячейку можно характеризовать координатами в пространстве. Пусть в рассматриваемом объеме находится только одна молекула, способная благодаря непрерывному тепловому движению занимать любую из ячеек. В этом случае можно принять, что данное макросостояние (одна молекула в объеме V) осуществляется в виде Х вариантов - микросостояний, т.е. w1 = Х..
Если тот же объем занимают 2 молекулы, то с учетом, того, что в одной ячейке может находиться только одна молекула число вариантов размещения молекул по ячейкам окажется равным: для 1 -ой молекулы Х - для второй молекулы Х-1, а для двух молекул одновременно Х· (Х-1). Поскольку для достаточно большого объема Х>>1, то можно принять, что Х = Х-1. Поэтому термодинамическая вероятность состояния в рассматриваемом случае будет равна: w2= Х2.
Аналогично нетрудно показать, что термодинамическая вероятность состояния моля газа, содержащего N молекул равна wN = ХN.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.