Стан термодинамічної системи
Ста́н термодинамі́чної систе́ми — сукупність значень деякої кількості фізичних величин, що характеризує макроскопічні фізичні властивості тіла (системи тіл) та визначає їх фізичний стан[1]. Термодинамічна система може перебувати у різних станах, що можуть відрізнятися температурою, тиском, об'ємом, густиною тощо. Такі величини, що характеризують стан системи як єдиного цілого, називаються термодинамічними параметрами стану.
Частина серії статей на тему: | ||||||||
Термодинаміка | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Теплова машина Карно | ||||||||
Розділи |
||||||||
|
||||||||
Властивості
|
||||||||
Властивості матерії
|
||||||||
Рівняння
|
||||||||
Історія
|
||||||||
Шаблони • Категорія • Портал | ||||||||
Два стани тіла (системи тіл) вважаються відмінними, якщо для них неоднакові значення хоча б одного з термодинамічних параметрів.
У термодинаміці для характеристики стану системи найчастіше користуються такими трьома величинами: тиском р, молярним об'ємом v і температурою Т. Зв'язок між параметрами стану термодинамічної системи можна виразити рівнянням стану. У найпростішому випадку для ідеального газу залежність між об'ємом, тиском і температурою виражається рівнянням Менделєєва — Клапейрона.
Види станів
Якщо параметри стану термодинамічної системи мають цілком певне значення і з часом не змінюються при незмінних зовнішніх умовах, то така система перебуває в стані рівноваги. Коли ж параметри стану змінюються з часом, то в системі відбувається термодинамічний процес. Прикладом термодинамічного процесу може бути зміна об'єму газу, що супроводжується зміною тиску й температури.
Стан системи, що не змінюється в часі називається стаціонарним. Якщо стаціонарний стан системи, не зумовлений перебігом якогось зовнішнього відносно системи процесу, то такий стан називається термодинамічною рівновагою.
Нерівноважний стан — стан системи, виведеної з термодинамічної рівноваги. У системі, що знаходиться в нерівноважному стані, відбуваються необоротні процеси, які прагнуть повернути систему у стан термодинамічної рівноваги, за умови відсутності чинників, що перешкоджають цьому, наприклад, відведення (або підведення) енергії чи речовини з системи. В іншому випадку, можливим є стаціонарний (що не змінюється з часом) нерівноважний стан.
Процес повернення термодинамічної системи до рівноважного стану після виведення її з цього стану називають релаксацією.
Стандартний термодинамічний стан
- 1. Вибраний термодинамічний стан, відносно якого обчислюються термодинамічні величини компонентів даної фази. У
найпростішому випадку це може бути стан чистого компонента чи компонента в дуже розведеному розчині. Взагалі, це набір умов, вибраних для зручності порівняння термодинамічних властивостей. Стандартними станами вважаються:
- а) для газів у випадку чистих речовин — це газ при стандартному тиску, з допущенням, що газ поводиться як ідеальний;
- б) для чистої фази, чи суміші, чи розчинника в рідкому чи твердому стані — це стан чистої речовини в рідкій чи твердій фазі при стандартному тиску;
- в) для розчиненого (солюта) в розчині — це (гіпотетичний) стан при стандартній моляльності, стандартному тиску чи стандартній концентрації, що поводить себе як безконечно розбавлений розчин;
- г) для чистої речовини, концепція стандартного стану прийнятна до речовини з добре визначеним агрегатним станом з точно встановленим, але довільно вибраним стандартним тиском.
Температура не включається в означення стандартного стану і повинна вказуватися, але коли не наводиться, то відповідає 25 °C.
- 2. Стан системи, при якому речовина перебуває в своїй найстабільнішій формі за стандартних умов, тиск 1·105 Па та температура 298 К.
Функції стану термодинамічної системи
Функцією стану називають таку фізичну характеристику системи, зміна якої під час переходу системи з одного стану до іншого не залежить від виду відповідного цьому переходу термодинамічного процесу, а повністю визначається значеннями параметрів початкового і кінцевого станів. Функції станів включають у свій перелік екстенсивні (залежні від маси) та інтенсивні (не залежні від маси) величини.
До екстенсивних величин належать:
- внутрішня енергія U;
- ентальпія H;
- ентропія S;
- ізохорно-ізотермний потенціал (вільна енергія Гельмгольца) F;
- ізобарно-ізотермний потенціал (вільна енергія Ґіббса) G.
До інтенсивних величин належать:
- температура;
- густина;
- в'язкість;
- тиск;
- концентрація;
- молярні та питомі величини.
Див. також
Примітки
- Яворський Б. М., Детлаф А. А., Лебедєв А. К., 2007. — С. 164.
Джерела
- Яворський Б. М., Детлаф А. А., Лебедєв А. К. Довідник з фізики для інженерів та студентів вищих навчальних закладів / Переклад з 8-го переробл. і випр. вид. — Т. : Навчальна книга — Богдан, 2007. — 1040 с. — ISBN 966-692-818-3.
- Яворский Б. М., Селезнев Ю. А. Справочное реководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования. — 4-е изд., испр. — М.: Наука. — Гл. ред. физ-мат. лит., 1989—576 с. — ISBN 5-02-014031-7
- Теплотехніка: підручник для студ. вищих техн. навч. закл. / Б. Х. Драганов [та ін.]; За ред. Б. Х. Драганова. — К.: ІНКОС, 2005. — 504 с. — ISBN 966-8347-23-4
- Буляндра О. Ф. Технічна термодинаміка: Підручн. для студентів енерг. спец. вищ. навч. закладів. — К.: Техніка, 2001. — 320 с. ISBN 966-575-103-4
- Швець І. Т., Кіраковський Н. Ф. Загальна теплотехніка та теплові двигуни. — К.: Вища школа, 1977. — 269 с.