Parametrii termodinamici - ce este? Parametrii stării unui sistem termodinamic

De mult timp, printre fizicieni și reprezentanți ai altor științe a fost o modalitate de a descrie ceea ce observă în cursul experimentelor lor. Lipsa unei opinii comune și prezența unui număr mare de termeni "luați de la plafon" au condus la confuzie și neînțelegeri în rândul colegilor. În timp, fiecare secțiune de fizică și-a dobândit definițiile stabilite și unitățile de măsură. Deci, au existat parametri termodinamici care explică majoritatea modificărilor macroscopice din sistem.

definiție

Parametrii unui parametru de stare sau parametrii termodinamici sunt o serie de cantități fizice care, colectiv și individual, pot da o caracteristică sistemului observabil. Acestea includ concepte precum:

• temperatură și presiune;
• concentrație, inducție magnetică;
• entropie;
• entalpie;
• energiile lui Gibbs și Helmholtz și multe altele.

Evidențiază parametrii intensivi și extinși. Sunt extinse cele care sunt direct dependente de masa sistemului termodinamic și intens - care sunt determinate de alte criterii. Nu toți parametrii sunt la fel de independenți, prin urmare, pentru a calcula starea de echilibru a sistemului, mai mulți parametri trebuie să fie determinați odată.

În plus, printre fizicieni există unele diferențe terminologice. Aceleași caracteristici fizice pot fi numite în diferite autori prin proces, apoi prin coordonate, apoi prin cantitate, apoi prin parametru sau chiar prin proprietate. Totul depinde de ce fel de conținut îl folosește omul de știință. Dar, în unele cazuri, există recomandări standardizate, care trebuie să adere la elaboratorii de documente, manuale sau ordine.

clasificare

Există mai multe clasificări ale parametrilor termodinamici. Deci, pornind de la primul punct, este deja cunoscut faptul că toate valorile pot fi împărțite în:

• Extensive (aditivi) - aceste substanțe sunt supuse legii de adiție, adică valoarea acestora depinde de numărul de ingrediente;
• intensivă - nu depind de cantitatea de substanță luată pentru reacție, deoarece acestea sunt aliniate în timpul interacțiunii.

Pe baza condițiilor în care sunt localizate substanțele care constituie sistemul, valorile pot fi împărțite în cele care descriu reacțiile de fază și reacțiile chimice. În plus, este necesar să se ia în considerare proprietățile substanțelor, reactivă. Acestea pot fi:

• termomecanic;
• termică;
• termochimic.

În plus, orice sistem termodinamic îndeplinește o anumită funcție, astfel încât parametrii pot caracteriza activitatea sau căldura produsă de reacție și permit, de asemenea, calculul energiei necesare pentru a transfera masa particulelor.

Variabile de stat

Starea oricărui sistem, inclusiv termodinamică, poate fi determinată de o combinație a proprietăților sale sau a caracteristicilor sale. Toate variabilele care sunt determinate complet doar la un anumit moment și nu depind de modul în care sistemul a intrat în această stare sunt numiți parametrii termodinamici (variabilele) funcțiilor de stat sau de stat.

Sistemul este considerat staționar dacă funcțiile variabilei nu se schimbă odată cu trecerea timpului. Una dintre opțiuni starea staționară - acesta este echilibrul termodinamic. Orice, chiar și cea mai mică schimbare a sistemului, este deja un proces și în el pot exista de la una la mai multe variabile ale parametrilor termodinamici ai statului. Succesiunea în care stările sistemului se schimbă continuu unul în altul se numește "calea procesului".

Din păcate, confuzia cu termenii rămâne în continuare, deoarece aceeași variabilă poate fi fie independentă, fie rezultatul adăugării mai multor funcții ale sistemului. Prin urmare, termeni precum "funcția de stat", "parametrul de stare", "variabila de stare" pot fi considerați sub formă de sinonime.

temperatură

Unul dintre parametrii independenți ai stării unui sistem termodinamic este temperatura. Este o cantitate care caracterizează cantitatea de energie cinetică per unitate de particule într-un sistem termodinamic într-o stare de echilibru.

Dacă abordăm definiția conceptului din punct de vedere al termodinamicii, atunci temperatura este invers proporțională cu schimbarea entropiei după adăugarea căldurii (energiei) către sistem. Când sistemul este în echilibru, valoarea temperaturii este aceeași pentru toți participanții. Dacă există o diferență de temperatură, atunci energia este eliberată de corpul mai încălzit și este absorbită de cea mai rece.

Există sisteme termodinamice în care adăugarea de aleatorie energetică (entropia) nu crește, ci dimpotrivă - scade. În plus, dacă un astfel de sistem interacționează cu un corp a cărui temperatură este mai mare decât a sa, atunci acesta va da energia cinetică acestui corp și nu invers (bazat pe legile termodinamicii).

presiunea

O presiune este o cantitate care caracterizează forța care acționează asupra corpului, perpendicular pe suprafața sa. Pentru a calcula acest parametru, este necesar să împărțiți întreaga cantitate de forță în zona obiectului. Unitățile de măsură ale acestei forțe vor fi răsfățate.

În cazul parametrilor termodinamici, gazul ocupă tot volumul disponibil și, în plus, moleculele care îl compun continuu se mișcă haotic și se ciocnesc unul cu celălalt și cu vasul în care se află. Aceste impacturi determină presiunea substanței pe pereții vasului sau pe corpul care este plasat în gaz. Forța se propagă în toate direcțiile în mod egal din cauza mișcării imprevizibile a moleculelor. Pentru a crește presiunea, este necesară creșterea temperaturii sistemului și invers.

Energia internă

Parametrii termodinamici de bază, în funcție de masa sistemului, includ energia internă. Se compune din energia cinetică datorată mișcării moleculelor materiei și, de asemenea, din energia potențială care apare atunci când moleculele interacționează unul cu celălalt.

Acest parametru este unic. Adică valoarea energiei interne este constantă ori de câte ori sistemul este în starea corectă, indiferent de modul în care a fost atins.

Este imposibil să schimbi energia internă. Se compune din căldura eliberată de sistem și de munca pe care o produce. Pentru unele procese sunt luați în considerare alți parametri, cum ar fi temperatura, entropia, presiunea, potențialul și numărul de molecule.

entropie

A doua lege a termodinamicii spune că entropia sistem izolat nu scade. O altă formulare postulează că energia nu trece niciodată de la un corp cu o temperatură mai mică la una mai încălzită. Aceasta, la rândul său, neagă posibilitatea creării unei mașini de mișcare perpetuă, deoarece toată energia disponibilă corpului nu poate fi transferată la locul de muncă.

Însăși conceptul de "entropie" a fost introdus la mijlocul secolului al XIX-lea. Apoi a fost percepută ca o schimbare a cantității de căldură la temperatura sistemului. Dar această definiție este potrivită numai proceselor care sunt în permanență într-o stare de echilibru. Din aceasta putem deduce următoarea concluzie: dacă temperatura corpurilor care alcătuiesc sistemul tinde la zero, atunci entropia va fi, de asemenea, zero.

Entropia ca parametru termodinamic al stării unui gaz este folosită ca o indicație a măsurii aleatoare, ale alegerii particulelor. Se utilizează pentru a determina distribuția moleculelor într-o anumită regiune și pentru un vas sau pentru a calcula forța electromagnetică a interacțiunii dintre ionii unei substanțe.

enthalpy

Entalpia este o energie care poate fi transformată în căldură (sau de lucru) la o presiune constantă. Acest potențial pentru un sistem care este în echilibru, atunci când un nivel cercetător cunoscut de entropie, numărul de molecule și presiune.

În cazul în care este indicat parametrul termodinamic al unui gaz ideal, în loc de entalpie, se folosește expresia "energia sistemului extins". Pentru a facilita explicarea acestei valori pentru noi înșine, este posibil să ne imaginăm un vas umplut cu un gaz care este comprimat uniform de un piston (de exemplu, un motor cu combustie internă). În acest caz, entalpia va fi egală nu numai cu energia internă a substanței, ci și cu munca care trebuie făcută pentru a aduce sistemul la starea necesară. Modificarea acestui parametru depinde numai de starea inițială și finală a sistemului, iar calea spre care acesta va fi obținută nu joacă un rol.

Energia Gibbs

Parametrii și procesele termodinamice, în cea mai mare parte, sunt legate de potențialul energetic al substanțelor care alcătuiesc sistemul. Astfel, energia Gibbs este echivalentul energiei chimice totale a sistemului. Acesta arată ce schimbări vor apărea în procesul reacțiilor chimice și dacă substanțele vor interacționa deloc.

Modificarea cantității de energie și a temperaturii sistemului în cursul reacției afectează concepte precum entalpia și entropia. Diferența dintre acești doi parametri va fi numită doar energia Gibbs sau potențialul izobaric-izotermic.

Valoarea minimă a acestei energii este observată în cazul în care sistemul este în echilibru, iar presiunea, temperatura și cantitatea de materie rămân neschimbate.

Energia Helmholtz

Energia Helmholtz (în funcție de alte surse - doar energie liberă) reprezintă o cantitate potențială de energie care va fi pierdută de sistem atunci când interacționează cu corpuri care nu fac parte din ea.

Conceptul de energie liber Helmholtz este adesea folosit pentru a determina ce performanță maximă poate avea un sistem, adică câtă cantitate de căldură va fi eliberată atunci când substanțele vor fi transferate de la o stare la alta.

Dacă sistemul este într-o stare de echilibru termodinamic (adică nu execută nicio lucrare), atunci nivelul energiei libere este minim. Deci, schimbarea altor parametri, cum ar fi temperatura, presiunea, numărul de particule, de asemenea, nu are loc.