ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Равновесные процессы. Максимальная работа из "Курс физической химии Том 1 Издание 2" Отметим, что теплота и работа (каждая в отдельности) не обладают свойством функции состояния, выражаемым уравнением (1,3) или (1,5) и присущим внутренней энергии. Теплота и работа процесса, переводящего систему из состояния 1 в состояние 2, зависят, в общем случае, от пути процесса, и величины ЬQ и 6А не являются дифференциалами функции состояния, а суть просто бесконечно малые величины, которые мы будем называть элементарной теплотой и элементарной работой. [c.33] Таким образом, дифференциал внутренней энергии сШ имеет иные математические свойства, чем элементарные теплота 6Q и работа бЛ. Это имеет существенное значение при построении системы термодинамики. [c.33] Работа, совершаемая системой при переходе из одного состояния в другое, зависит от величины и характера изменений внешних параметров системы в ходе процесса. На рис. I, 2а схематически изображен процесс расширения системы, происходящий путем уменьшения внешнего давления на известные конечные величины. Течение процесса отображено нижней ломаной кривой за каждым скачкообразным уменьшением внешнего давления следует скачкообразное изменение объема, продолжающееся до тех пор, пока система не придет в состояние равновесия (обозначенное кружком). В этом состоянии система будет оставаться до нового скачкообразного уменьшения давления, производимого извне. Работа процесса равна площади под кривой процесса. [c.33] Ломаная кривая не отражает количественно процесс, так как при скачкообразных изменениях давления возникают движения частей системы с конечной скоростью, образуются струи, турбулентные движения в жидкости или газе. При этом давление в разных точках внутри системы оказывается различным и непостоянным во времени и перестает быть параметром, определяющим состояние системы. [c.33] Обратный процесс сжатия проводится тем же способом и отображается верхней ломаной кривой. Система возвращается в исходное состояние и делает остановки в состояниях равновесия, которым отвечают точки, лежащие на той же кривой р—у, что и точки остановок в прямом процессе. Очевидно, что работа. [c.33] Изменяя давление последовательно и многократно на бесконечно малую величину, мы можем провести процесс так, что система будет находиться в каждый момент времени бесконечно близко к равновесию. Тогда ломаные кривые прямого и обратного процессов станут бесконечно близки друг к другу и к равновесной кривой, заключенной между ними (рис. 1,2в). Площади под кривыми прямого и обратного процессов с точностью до бесконечно малых величин совпадают и могут быть точно определены, если равновесная кривая изучена экспериментально или известно уравнение состояния однородной системы. Очевидно, что в этом процессе работа расширения, совершаемая системой, будет наибольшей. Очевидно также, что такой процесс будет протекать бесконечно медленно, так как число скачков будет бесконечно велико, а время, необходимое для совершения одного скачка, конечно. [c.34] И те жесостояния, бесконечно близкие к равновесию. Этот процесс называется равновесным. Работа равновесного процесса имеет максимальную вели-г чину по сравнению с неравновесными процес-г сами (графически изображенными на рис. 1,2а и 1,26) и г называется максимальной работой. [c.35] Примером равновесных процессов являются идеальные механические процессы, протекающие без трения. [c.35] Поскольку идеализированные равновесные процессы протекают бесконечно медленно (кроме идеальных механических процессов), они называются также квазистатическими. [c.35] Если равновесный процесс протекает в прямом, а затем в обратном направлении так, что не только система , но и окружающая среда возвращается в исходное состояние и в результате процесса (частный случай кругового) не остается никаких изменений во всех участвовавших в процессе телах, то процесс называется обратимым . [c.35] Равновесные процессы могут быть описаны количественно с помощью уравнения состояния вещества (фазы), если оно известно (см. ниже). [c.35] Равновесный процесс является предельным типом процесса, абстракцией реальные физические и химические процессы всегда в большей или меньшей степени неравновесны. Примерами крайних случаев неравновесных процессов являются переход энергии горячего тела к холодному в форме теплоты при конечной разности температур, переход механической работы в теплоту при трении, расширение газа в пустоту, самопроизвольное смешение газов или жидкостей путем диффузии, взрыв смеси горючего с окислителем. Эти процессы не могут быть проведены в обратном направлении через те же промежуточные состояния, что и прямые процессы. [c.35] Термодинамика, которая изучает состояния равновесия и переходы между ними, вынуждена использовать в своих теоретических исследованиях понятие равновесных процессов. Их значение особенно велико в связи со вторым законом термодинамики. Первый закон в форме его основных уравнений приложим в равной мере к равновесным и неравновесным процессам. Однако расчеты по первому закону во многих случаях могут быть количественно проведены только для равновесных процессов (вычисление работы). [c.35] Вернуться к основной статье