ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Необходимые сведения из термодинамики из "Термодинамический расчет высокотемпературного газа" Термодинамика изучает свойства среды, связанные с тепловым движением материи. Объектом рассмотрения является термодинамическая система — часть среды, выделенная оболочкой. Признаки этой среды, выраженные числами, называют термодинамическими параметрами. Они в свою очередь делятся на внешние, внутренние и специфические. [c.5] Под внешними параметрами понимают те, которые характеризуют взаимодействие выделенной системы с окружающей средой. Эти параметры определяют положение внешних тел, в окружении которых находится наша система. Так, расположение источников электричества дает возможность судить о напряженности электрического поля в системе. Геометрическое расположение внешних тел дает возможность судить об объеме, занимаемом системой. [c.5] Внутренними параметрами являются те, которые зависят от скоростей и координат частиц, составляющих нашу систему. К таким параметрам следует отнести давление, диэлектрическую проницаемость среды и т. д. [c.5] К специфическим параметрам системы относится температура, о которой речь пойдет несколько позже. [c.5] Термодинамический метод основан на экспериментальных фактах, законах и аксиомах термодинамики. Одним из основных положений термодинамики является понятие о термодинамическом равновесии. Опытом установлено, что изолированная система, помещенная в определенные внешние условия, рано или поздно придет в равновесное состояние и выйти самопроизвольно из него не может. Равновесное состояние системы характерно постоянностью во времени ее параметров, а также отсутствием каких-либо потоков, являющихся следствием взаимодействия системы с окружающей средой. [c.5] Введение понятия температуры позволяет сформулировать еще одно очень важное положение термодинамики состояние термоди- намического равновесия определяется заданием внешних параметров и температуры системы. Отметим, что сформулированное положение также является опытным фактом. Поскольку состояние термодинамического равновесия характеризуется внутренними, внешними параметрами и температурой, из только что сказанного следует, что ft=f(a г, /), где Ьи — внутренний параметр, аи — внешний параметр. [c.6] Для случая простой системы, характерной наличием трех характерных параметров (объем, давление, температура), это положение приводит к необходимости существования связи р= У, /) Это так называемое термическое уравнение состояния. Термодинамика лишь утверждает его наличие, однако ее методами оно получено быть не может. Уравнение состояния обычно находится либо опытным путем, либо методами статистической физики. В качестве примеров опытных законов, используемых в термодинамике, приведем законы для совершенного газа. [c.6] Первый закон термодинамики формулируется так невозможно создать устройство, совершающее непрерывно работу какого-либо вида без столь же непрерывного производства работы другого вида окружающей средой. [c.7] Эта функция состояния называется энергией системы, т. е. первый закон термодинамики постулирует существование функции состояния, называемой энергией системы. [c.7] ГИЮ системы, уравнение состояния, введенное нами ранее, также не дает ответа на этот вопрос. [c.8] Второй закон термодинамики, открытый в 1824 г. Сади Карно, в общем виде гласит невозможно создать устройство, способное производить положительную работу за счет охлаждения одного тела без каких-либо изменений в других телах. Такого рода устройство называют вечным двигателем 2-го рода, в отличие от вечного двигателя 1-го рода, существование которого запрещается первым законом термодинамики. [c.8] Важным следствием 2-го закона термодинамики является принцип адиабатической недостижимости, или принцип Каратеодори существуют такие состояния термодинамической системы, которые нельзя достичь адиабатическим путем из заданного начального состояния. [c.8] Из этого принципа вытекают важные математические следствия. [c.8] Лг — обобщенная внешняя сила, соответствующая внешнему параметру а,. [c.8] Эту функцию называют энтропией термодинамической системы. Интегрирующий множитель л( является величиной, одинаковой для всех тел, находящихся в состоянии термодинамического равновесия. Вследствие этого его называют абсолютной температурой термодинамической системы. На основании этого одно из основных положений термодинамики можно теперь сформулировать так в состоянии термодинамического равновесия система полностью определяется заданием внешних параметров и абсолютной температуры. [c.9] Заметим, что все сказанное относительно 2-го закона термодинамики, относится лишь к обратимым процессам. Под обратимыми процессами понимаются такие, при обратном протекании которых система проходит через те же состояния, что и в случае прямого процесса и притом не происходит никаких изменений в окружающей среде. Все естественные процессы в природе необратимы, т. е. всегда имеет место необратимая тенденция их к равновесию. [c.9] Если рассматривать адиабатически необратимый процесс, то энтропия его увеличивается как утверждает термодинамика, необходимым и достаточным условием равновесия термодинамической системы является максимальность ее энтропии. [c.9] Если рассматривать изотермически необратимый процесс, то для него экстремальными свойствами обладает другая характеристическая термодинамическая функция — свободная энергия. При стремлении системы к равновесию ее свободная энергия стремится к минимуму. [c.9] Вернемся теперь к вопросу о методе статистической термодинамики, позволяющем отыскивать выражения для термодинамических функций, необходимых при решении задач термодинамики. [c.10] Вернуться к основной статье