Термодинамическая система. Термодинамические параметры состояния. Термодинамический процесс. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия. Теплоёмкость газов

Термодинамическая система.

Термодинамическая система — совокупность макроскопических тел, которые могут взаимодействовать между собой и с другими телами, называемыми внешней средой, обмениваться энергией и веществом.

Термодинамические системы могут быть:

- закрытые, т.е. не обмениваются веществом с другими системами;

- открытые - обменивающиеся веществом с другими системами;

- адиабатные - в которых отсутствует теплообмен с другими системами;

- изолированные - т.е. не обменивающиеся с другими системами ни энергией, ни веществом.

Термодинамические параметры состояния.

Термодинамические параметры состояния – совокупность физических свойств системы в рассматриваемых условиях. Состояние бывает равновесным и неравновесным. При равновесном состоянии параметры системы не изменяются во времени и в системе отсутствуют потоки. При неравновесном изменяется хотя бы один параметр.

Физические величины, которые характеризуют состояние системы в данный момент времени (термодинамические параметры состояния) бывают интенсивные (не зависят от массы тела), экстенсивные (пропорциональные массе). Те параметры, которые можно измерить, называются термическими. К ним относятся: давление (p); удельный объём (  ); абсолютная температура (T). Параметры, которые определяются по какой-то зависимости, называются калорическими. К ним относятся: внутренняя энергия (U); энтропия (S); энтальпия (i).

Система, выведенная из состава равновесия и предоставленная сама себе и возвращающаяся в состав равновесия, называется релаксацией.

Термодинамический процесс.

Термодинамический процесс– изменения в системе, связанное с изменением хотя бы одного из параметров – температуры, давления, удельного объёма. Процессы бывают равновесные и неравновесные. При равновесных процессах все состояния, через которые проходит система - равновесные. Тепловые процессы бывают обратимые и необратимые.

Обратимый процесс – возврат системы в первоначальное состояние без каких-либо изменений в окружающей среде. Бывает: 1) адиабатный (протекает без теплообмена с окружающей средой); 2) изохорный (протекает при постоянном объёме); 3) изобарный (протекает при постоянном давлении); 4) изотермический (протекает при постоянной температуре); 5) изоэнтропийный (протекает при постоянной энтропии); 6) политропный (протекает при постоянной теплоёмкости).

Необратимый процесс исключает возможность возвращения системы в первоначальное состояние из-за остающихся изменений в окружающей среде.

Круговой процесс – процесс, при котором система из некоторого начального состояния после ряда изменений возвращается в то же состояние. Если система совершает работу над другой системой с помощью механических и электрических сил, то такое взаимодействие называют механическим. Взаимодействия, которое приводит к изменению и совершает в виде передачи теплоты, называется тепловым. Взаимодействие, которое приводит к изменению энергии и совершается за счёт передачи массы, называется массообменным.

Первый закон термодинамики.

Первый закон термодинамики — это один из 3-х основных законов термодинамики и представляет собой закон сокращения энергии для термодинамической системы. Согласно этому закону термодинамическая система может совершать работу только за счёт своей внутренней энергии или каких-нибудь внешних источников энергии. 1-й закон термодинамики также формулируется как невозможность существования вечного двигателя первого рода, который совершал бы работу не черпая энергии из каких-либо источников.

Внутренняя энергия.

Внутренняя энергия – это энергия тела, которая зависит только от внутреннего состояния тела. Внутренняя энергия включает все виды энергии за исключением энергии движущегося тела и потенциальной энергии, которой тело может обладать, если оно находится в поле действия каких-нибудь сил. Внутренняя энергия обозначается буквой U. Её нельзя измерить напрямую, можно определить только изменение внутренней энергии. ∆ U = Q – A (математическое выражение 1-го закона термодинамики, где ∆U обычно называют изменением внутренней энергии, единица измерения которой, отнесенная к 1 кг газа, будет Дж/кг; Q (Дж) – теплота, подведённая к телу; A (Дж.) – работа, совершаемая телом против внешних сил. Работу считают положительной, если она совершается над внешними телами. Теплота считается положительной, если она поступает в систему