Когда мы выбрали независимые переменные, достаточные для полного определения состояния, все остальные переменные становятся их функциями. В этом смысле их называют функциями состояния, то есть переменными, которые зависят от состояния системы.
Процессом называется любое изменение состояния. В процессе мы выделяем начальное и конечное состояния. Иногда предметом обсуждения могут быть промежуточные состояния. По умолчанию (то есть, когда об этом не сказано явно), начальное и конечное состояния считаются равновесными. В этих состояниях любая переменная состояния (например Y) имеет определённые значения, а её изменение в процессе равно разности между значением в конечном состоянии и значением в начальном состоянии. Часто это изменение обозначается при помощи символа D (греческая "дельта", прописная): DY º Y (конечное) – Y (начальное)
Характер процесса зависит от свойств границы, отделяющей систему от окружающей среды, потому что они могут накладывать ограничения на изменение переменных состояния. Если система заключена в оболочку, не допускающую обмен веществами между системой и окружающей средой, то она называется закрытой. В такой системе масса вещества в любом процессе не изменяется. (В дальнейшем, при обсуждении основных законов, будут рассматриваться именно такие системы, пока речь не зайдет о фазовых равновесиях). Если граница открыта для обмена веществами, то система называется открытой. Если система заключена в жесткую, недеформируемую оболочку, то её объём остаётся постоянным. В этом случае система и процессы в ней называются изохорными. Граница может быть устроена так, что давление в системе является постоянным. Например, система может находиться в вертикальном жестком цилиндре, который является глухим и недеформируемым в нижнем конце, но закрыт подвижным поршнем сверху. Вес поршня и площадь его основания постоянны. Тогда внешнее давление на систему должно быть постоянным, а давление в системе равным ему как результат механического равновесия. Наконец, постоянное давление в системе может поддерживаться, когда она сообщается с атмосферой, поскольку давление в атмосфере является по существу постоянным. Процессы в таких системах называются изобарными.
Все материалы, из которых можно изготовить оболочку системы, имеют некоторую теплопроводность. Если выбрать материал, который легко пропускает теплоту, и изготовить из него оболочку, то система будет в термическом равновесии с окружающей средой. Такую оболочку называют диатермической или не адиабатической. В окружающей среде можно поддерживать постоянную температуру, благодаря устройству, известному как термостат. Если система окружена диатермической оболочкой и находится в термостате, то в ней будет поддерживаться постоянная температура. Такая система и процессы в ней называются изотермическими. С другой стороны, некоторые материалы имеют плохую теплопроводность. В качестве идеализации можно представить оболочку, которая совершенно не проводит теплоту. В этом случае система и процессы в ней называются адиабатическими. Если система является адиабатической, закрытой и исключает совершение любого вида работы над ней, то она называется изолированной.
1.2. Первый закон термодинамики
Когда система находится в равновесном состоянии, изменить его можно вмешательством из внешней среды. Одним из способов является совершение работы над системой, что составляет основу первого закона термодинамики. Этот закон является обобщением большого объёма экспериментальных наблюдений. Среди них особенно наглядными являются эксперименты Джоуля, проведенные им в период с 1843 по 1848 год.
Один из опытов
Джоуля показан схематически на рис. 1.1. Система состоит из воды и вала,
снабженного лопастями. Она окружена тепловой изоляцией, благодаря чему её
температура почти не зависит от температуры окружающей среды. В окружающей
среде вал соединён с грузом (масса m) через систему блоков, так что при
движении груза вниз вал вращается и приводит в движение жидкость. При этом потенциальная
энергия системы груз/Земля уменьшается, а кинетическая энергия груза
растёт. Если бы груз не был соединён с валом, и если он покоился в начальном состоянии
на высоте h1, то на высоте h2 (в конце
пути) его скорость v удовлетворяла бы уравнению –
mg(h2 – h1) = 
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.