ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ

Каждое конкретное состояние термодинамической системы может быть охарактеризовано рядом величин, которые называются термодинамическимипараметрами.

Если значение параметров системы во всех точках ее объема одинаково, такая система называется равновесной. Математический аппарат классической термодинамики, строго говоря, применим лишь к таким состояниям.

В термодинамике в качестве основных параметров состояния используются: абсолютное давление Р (Па), абсолютная температура Т (К) и удельный объем v (м­³/кг).

Для равновесной, однородной термодинамической системы существует определенная аналитическая зависимость между основными параметрами состояния:

f (P, v,T) = 0, (2.1)

которая называется уравнением состояния.

Из уравнения (2.1) следует, что независимыми параметрами могут быть лишь два каких-либо параметра, которые и определяют значение третьего.

В наиболее простом случае:

Р V_μ = R_μ T, (2.2)

где V_μ – объем моля газа (при н.у. V_μ = 22,4 м³);

R_μ = 8314 – универсальная газовая постоянная.

Газ, для которого справедливо уравнение (2.2), называется идеальным. Модель идеального газа представляет собой газ, молекулы которого рассматриваются как материальные точки, взаимодействие которых между собой ограничено упругими соударениями.

Для 1кг идеального газа уравнение состояния имеет вид:

Р v = R T, (2.3)

где – характеристическая газовая постоянная .

Характеристическая газовая постоянная (в отличие от универсальной газовой постоянной) является характеристикой для каждого газа постоянной, численно равной отношению универсальной газовой постоянной (R_μ)к массе моля данного газа (μ). Величину R иногда называют характеристической газовой постоянной.

Если в результате взаимодействия с окружающей средой меняется хотя бы один из параметров состояния системы, то говорят об изменении ее состояния.

Изменение состояния системы, характеризующееся изменением ее термодинамических параметров, называют термодинамическим процессом.

Все процессы, происходящие в термодинамической системе, можно разделить на равновесные и неравновесные.

Равновесный процесс представляет собой непрерывный ряд равновесных состояний.

Большую роль в термодинамике играют понятия – обратимые и необратимые процессы.

Обратимым называется процесс, после которого система и окружающая среда могут возвращаться в начальное состояние. Обратимыми могут быть лишь равновесные процессы.

В реальных условиях обратимых процессов не существует. Все реальные процессы необратимые. Типичным примером необратимого процесса является процесс трения. Работа, затрачиваемая на преодоление трения, необратимо превращается в тепло.

Классический аппарат термодинамики применим лишь к равновесным обратимым процессам.

Все параметры термодинамической системы (в том числе и ранее рассмотренные P, v и T) отличаются тем, что их изменение не зависит от вида процесса, а целиком определяется начальным и конечным состоянием системы, т.е. любой параметр – функция состояния.

Кроме перечисленных ранее основных параметров состояния (P, v и T), в термодинамике важную роль играют следующие параметры состояния: внутренняя энергия, энтальпия и энтропия.

Внутреннюю энергию системы в термодинамике рассматривают как сумму кинетической энергии составляющих ее частиц и потенциальной энергии, обусловленной их взаимным притяжением.

Внутренняя энергия всей системы обозначается U (Дж), а отнесенная к единице массы u (Дж/кг).

Энтальпия – это функция состояния (параметр состояния), представляющая собой сумму внутренней энергии и произведения абсолютного давления на объем. Энтальпия всей системы равна: Н = U + PV. Энтальпия, отнесенная к 1 кг массы системы: h = u + Рv.

В термодинамике для обозначения энтальпии иногда используют букву I – для обозначения энтальпии всей системы и i – для обозначения удельной энтальпии, т.е. H I, a h i.

Энтропия – это функция состояния системы (S), определяемая тем, что ее дифференциал при элементарном равновесном процессе (dS) равен отношению бесконечно малого количества теплоты (dQ), сообщенной системе, к абсолютной температуре системы.

Энтропия всей системы равна

. (2.4)

Энтропия, отнесенная к 1 кг массы системы

. (2.5)

Поиск по сайту: