Контрольная поверхность, система и окружающая среда

Термодинамическая система — это интересующая нас макроскопическая часть пространства, ограниченная реальной или мысленной контрольной поверхностью от окружающей среды. С помощью контрольной поверхности система однозначно выделена из окружающей среды. [c.8]

Введение понятий контрольной поверхности, системы и окружающей среды, а также установление основного вида воздействий позволяют очень четко обозначить принадлежность величин, содержащихся в уравнении (31), то есть определить, какие из них относятся к системе, какие — к контрольной поверхности и окружающей среде. Например, совершенно очевидно, что величина dU должна принадлежать системе, поскольку энергия определяет связь между всеми веществами, образующими систему. В термодинамике энергию U принято называть внутренней. Однако в ОТ существует только одна энергия — мера, поэтому такая конкретизация названия не имеет особого смысла. [c.101]

Мы убедились, что левая часть соотнощения (31) определяет изменение энергии системы, а правая— внешние работы, которые на контрольной поверхности совершает окружающая среда над системой. Работы совершаются в процессе переноса веществ через контрольную поверхность. Для этих условий уравнение (31) утверждает факт существования однозначной связи между изменением энергии системы и суммой внешних работ, причем сумма работ, совершаемых над системой, равна изменению энергии последней. [c.104]

Стационарные неравновесные состояния неизолированной системы могут быть двух видов без диссипативных эффектов ( 5 = 0) и с диссипативными эффектами (< 5 > 0). Первые из них реализуются в результате действия на систему извне стационарных силовых полей, например гравитационного, электрического, центробежного, магнитного, если поля обобщенных потенциалов обычных объектов окружающей среды вблизи контрольной поверхности системы поддерживаются однородными стационарными. Вторые из этих состояний возникают как результат взаимодействия системы с обычными объектами окружающей среды при условии, что поля обобщенных потенциалов этих объектов вблизи контрольной поверхности системы сохраняются стационарными неоднородными, независимо от того, подвергается система в этом случае действию стационарных силовых полей или нет. Разница между этими двумя состояниями обусловлена отсутствием переносов обобщенных координат через контрольную поверхность системы в первом случае и наличием их при соблюдении требования стационарности [c.52]

Стационарные равновесные состояния неизолированной системы возникают при условии, что внешние силовые поля не действуют на систему, а поля обобщенных потенциалов у остальных объектов окружающей среды вблизи контрольной поверхности системы поддерживаются однородными стационарными. Каких-либо процессов внутри системы в этом случае не происходит, следовательно, 5 = 0. [c.53]

Для устранения неоднородностей, возникающих в газообразных и жидких системах, обычно прибегают к механическому перемешиванию. Следует, однако, иметь в виду, что оно сопровождается диссипативными эффектами вследствие вязкого перемещения макроскопических частей системы относительно друг друга. Это равносильно появлению в системе дополнительного источника энтропии, мощность которого тем выше, чем интенсивнее перемешивание и вязкость среды. Вопрос о том, можно ли пренебречь этим источником при рассмотрении общего баланса энтропии системы, должен решаться особо в каждом конкретном случае. Отметим также, что при массообмене газообразных и жидких систем с окружающей средой возникает еще один дополнительный источник энтропии, связанный с наличием скачков химических потенциалов поступающих из окружающей среды компонентов в местах их ввода в систему. Хотя этот источник сосредоточен на границе системы, соответствующая ему теплота диссипации практически полностью становится достоянием системы. Он может быть, однако, учтен путем включения его в поток энтропии через контрольную поверхность системы, что позволяет рассматривать открытые системы как объекты, у которых, подобно закрытым системам, источниками энтропии являются лишь релаксационные процессы, если не считать перемешивания. [c.152]

Неизолированная однородная система с течением времени неизбежно приходит в стационарное состояние, если ее взаимодействие с окружающей средой организовано так, что поля соответствующих обобщенных потенциалов (температуры, давления, химических потенциалов компонентов) в окружающей среде около контрольной поверхности системы сохраняются постоянными. У закрытых систем стационарные состояния по всем признакам относятся к классу равновесных состояний, тогда как у открытых систем они могут быть либо равновесными (квазиравновесными), либо неравновесными. Квазиравновесные стационарные состояния возникают тогда, когда массообмен между системой и окружающей средой протекает медленно по сравнению с релаксационными процессами. Если же последнее условие не выполняется, то реализуются неравновесные стационарные состояния. [c.153]

Понятия потока энтропии через контрольную поверхность системы при тепловом взаимодействии последней с окружающей средой [c.213]

Контрольная поверхность, система и окружающая среда 99 [c.99]

КОНТРОЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ, СИСТЕМА И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА [c.99]

При изучении и расчетах второй и третий виды воздействий могут быть сведены к первому путем соответствующего выбора контрольной поверхности, системы и окружающей среды. При этом экранированное вещество и вещество парена мысленно относятся к окружающей среде, хотя на самом деле они находятся в пределах системы. Нарушение экранирования и появление вещества из парена условно рассматриваются как перенос вещества через контрольную поверхность. С похожими условными методами выбора контрольной поверхности, системы и окружающей среды приходится сталкиваться также при изучении химических и фазовых превращений [17, с. 303 21, с. 205]. [c.100]

Рис. 2. Схема распространения вещества через контрольную поверхность системы а— свойства окружающей среды /, системы 2 и оболочки 3 одинаковы б—г— свойства среды / и системы 2 не одинаковы

Третий закон Ньютона получается из первого и второго начал ОТ. При переходе метрического вещества (массы) через контрольную поверхность системы масса сохраняется неизменной, а совершаемые при этом работы со стороны окружающей среды и системы между собой равны по величине, но противоположны по знакам следовательно, равны также и действующие силы (см. формулу (313)) [21, с. 211]. Однако так будет только тогда, когда ход реального времени одинаков в системе [c.398]

Система должна иметь реальную (например, межфазовую) или воображаемую границу, называемую контрольной поверхностью. Для зтой контрольной поверхности составляются балансовые соотнощения, описывающие взаимодействие системы с окружающей средой. Отметим, что система обязательно должна содержать большое число молекул. Системы с малым числом молекул термодинамика не рассматривает. [c.19]

Наличие контрольной поверхности необходимо для составления уравнений баланса энергии, массы, объема, заряда или других экстенсивных величин. Эти уравнения баланса лежат в основе вывода всех термодинамических соотношений. Система может быть изучена термодинамическими методами только в том случае, если имеется возможность проследить за всеми процессами обмена энергией между системой и окружающей средой. Поскольку при этом сама энергия не является непосредственно измеряемой величиной, необходимо знать численные значения всех измеряемых на опыте термодинамических переменных на контрольной поверхности и с их помощью составить уравнение баланса энергии или энтропии. [c.8]

Все квазистатические процессы обратимы. Различие терминологии при этом связано с тем, что в качестве критерия выбирают либо значения действующих сил на контрольной поверхности, либо состояние окружающей среды. При описании необратимых процессов принципиально проще зарегистрировать появление в окружающей среде некоторого количества теплоты, возникающей при необратимом проведении процесса, чем следить за изменением всех параметров неравновесной системы. В термодинамике обратимых процессов понятия квазистатический и обратимый играют роль синонимов. [c.9]

Химический потенциал как термодинамическую переменную ввел в науку Гиббс. Возникает естественный вопрос как можно было не заметить этой величины раньше при изучении химических процессов Ответ на него кажется несколько неожиданным — все законы химической термодинамики можно получить, ие используя в явном виде химические потенциалы (11, хотя само изложение предмета при этом приобретает. весьма громоздкий вид. Дело в том, что для закрытых систем, не обменивающихся массой с окружающей средой, все относится к внутренним координатам состояния, тогда как основу термодинамического способа рассмотрения составляет метод контрольной поверхности, согласно которому об изменении энергии системы судят по обмену внешними координатами между системой и средой. Тогда внутренние переменные явным образом не входят в (Ш Рассмотрим для примера обратимый переход некоторого количества вещества йп в двухфазной системе при постоянных Т и р н отметим штрихами принадлежность величины к той или иной фазе. Тогда изменение энергии системы с1и=Т(18 — рйУ + [>, —так как йп = —д.п."—йп. В правой части слагаемое 1 — 1")йп является величиной второго порядка малости, так как для обратимого переноса вещества сама разность потенциалов (ц — ц") должна быть величиной бесконечно малой. Поэтому Гиббс как бы рас- [c.72]

Система термодинамическая (8) — макроскопическая часть пространства, отграниченная от окружающей среды реальной или мысленной контрольной поверхностью, с помощью которой для системы удается составить уравнения баланса всех термодинамических величин адиабатически изолированная — закрытая система без теплообмена закрытая — нет обмена массой с окружающей средой, но возможен теплообмен и изменение объема изолированная — нет обмена веществом, нет теплообмена с окружающей средой и нет изменения объема. Возможны процессы, связанные с изменением внутренних переменных открытая — система, обменивающаяся массой с окружающей средой. [c.314]

Вернемся теперь к дифференциальным уравнениям (III.7) и рассмотрим их с точки зрения энергообмена между системой и средой. В этом случае полезно ввести понятие контрольной поверхности, или границы, отделяющей систему от окружающей -среды. Термодинамически наиболее интересны процессы, приводящие к переходу энергии через эту границу только они приводят к изменению внутренней энергии системы. Если, например, в изолированной системе произошла химическая реакция, то это Не приведет к изменению внутренней энергии, хотя.состояние системы изменится (изменятся температура и давление). В этом случае химическая реакция, не изменяя внутренней энергии, соз- [c.53]

В термодинамическом методе множество всех материальных объектов условно разбивается на систему и окружающую (внешнюю) среду. Система включает в себя один или несколько объектов, подлежащих детальному изучению. Остальные объекты относятся к окружающей среде. Границы системы определяются контрольной поверхностью, которая мысленно проводится так, чтобы охватить только объекты, входящие в систему. При необходимости система может быть произвольным образом расчленена на составные части, называемые в зависимости от их характера областями или подсистемами. [c.8]

Обратимся теперь к неизолированным системам. Если вблизи контрольной поверхности неизолированной системы поля обобщенных потенциалов окружающей среды сохраняются неизменными длительное время, то система в конце концов приходит в стационарное состояние. С его наступлением взаимодействие между системой и окружающей средой в общем случае не прекращается, но оно приобретает такой характер, что конфигурация системы и поля всех ее интенсивных свойств перестают изменяться во времени, обеспечивая тем самым и постоянство ее экстенсивных свойств. Существенно, что однородные или неоднородные поля обобщенных потенциалов окружающей среды порождают в системе, перешедшей в стационарное состояние, соответственно однородные или неоднородные поля тех же потенциалов. Стационарная неизолированная система с однородными полями обобщенных потенциалов носит равновесный характер, а при наличии у нее неоднородного поля хотя бы одного обобщенного потенциала она приобретает все признаки неравновесного состояния. Это следует из того, что стационарная система после ее изоляции в первом случае не изменяет своего состояния, а во втором — изменяет. О стационарной [c.37]

Нестационарные состояния неизолированной системы реализуются всякий раз, когда вблизи ее контрольной поверхности поля обобщенных потенциалов окружающей среды изменяются с течением времени. Они возникают также и при постоянных во времени полях обобщенных потенциалов окружающей среды, если система еще не достигла стационарного состояния. Независимо от причин их возникновения нестационарные состояния неизолированной системы всегда несут на себе признаки неравновесности. Нестационарных равновесных состояний у неизолированных систем, как и в случае изолированных, в действительности не наблюдается. [c.38]

Пусть система взаимодействует с окружающей средой через изопотенциальный участок I контрольной поверхности, характеризующейся обобщенными потенциалами ртК С переносом обобщенной координаты вида т через данный участок связана работа А того же вида, определяемая дифференциальным соотношением [c.39]

Хотя работа и выражается через сопряженные свойства системы, сама она не является каким-либо ее свойством и тем более свойством окружающей среды. Работа совершается в процессе переноса обобщенной координаты через контрольную поверхность, разделяющую взаимодействующие объекты, и прекращается с его окончанием, Поэтому выражение имеет смысл не изменения, а бесконечно малого количества работы, связанной с переносом через 1-ый участок контрольной поверхности бесконечно малого количества т-ой обобщенной координаты. Она часто называется элементарной, или бесконечно малой, работой. [c.39]

Рнс. 4.20. Схема расположения источников (приемников) вещества и работы (Л/, ЛО, рабочей системы(Р), локальной среды (Л ) и окружающей среды (К) I —энергетические потоки 2 — потоки массы К — контрольная поверхность [c.348]

Исследуемый технический объект Р отделен контрольной поверхностью К от локальной окружающей среды, в которой находятся источники (приемники) энергии и потоков вещества. Для рабочей системы можно записать эксергетический баланс [c.349]

Во-первых, чтобы составить уравнение баланса, нужно быть. уверенным, что учитываются все составляющие данной величины и мы имеем возможность точно их измерить. Для этого интересующую нас часть пространства — термодинамическую систему — ограничивают реальной или воображаемой контрольной поверхностью и рассматривают обмен энергии между изучаемой системой и окружающей ее средой. Для составления уравнения баланса достаточно указать на количество энергии, проходящее через контрольную поверхность в том или ином направлении. [c.6]

Термодинамической системой называется совокупность макроскопических тел (одно тело или даже его часть), поведение которых изучается термодинамическими методами. Все остальные тела объединяются в понятие окружающей среды. Поведение окружающей среды и изменения, происходящие в ней, при термодинамическом анализе подробно не рассматриваются. Часто окружающую среду представляют в виде одного или нескольких тел с онределенными свойствами. Поверхность, отделяющая термодинамическую систему от окружающей среды, носит название контрольной поверхности. [c.7]

Термодинамическая система, контрольная поверхность которой не допускает обмена массы с окружающей средой, называется закрытой. Система, которая может обмениваться массой с окружающей средой, называется открытой. Система, лишенная возможности обмениваться с окружающей средой как массой, так и энергией, называется изолированной. [c.7]

Количество воздействия, связанное с вводом (выводом) массы через контрольную поверхность, или другими словами, количество энергии, которым обменивается открытая система с окружающей средой в процессе массообмена, может быть выражено на основе следующих соображений. [c.39]

Рассмотрим систему, отделенную от окружающей средь некоторой поверхностью. Условимся называть поверхность раздела между системой и окружающей средой контрольной поверхностью. Эта поверхность представляет собой то место, где будут производиться измерения, позволяющие судить об условиях, которым соответствует наличие или отсутствие обмена между системой и окружающей средой. [c.22]

В основу новой концепции положена идея динамического равновесия — равенство внешнего действия и внутреннего противодействия по всей контрольной поверхности. В этом случае система будет вести себя так, как будто бы она является изолированной. Напрпмер, при равенстве давления над и под поршнем в цилиндре, где находится газ, объем его остается постоянным, т. е. газ ведет себя так, как будто он является изолированным в смысле механических воздействий. Аналогичная картина имеет место при равенстве температур системы и окружающей среды, при равенстве электрических потенциалов двух заряженных тел и т. д. [c.22]

Далее, работа, совершаемая при квазистатическом изменении объема системы без теплообмена с окружающей средой, определяется изменением внутренней энергии системы А = U U при Q = 0. При этом предполагается, что вещество, заполняющее систему (например, газ), не проникает сквозь контрольную поверхность (т. е. поверхность, выделяющую систему из окружающей среды) и, находясь все время внутри системы, взаимодействует с окружающей средой только посредством деформации поверхности (например, перемещение поршня). [c.65]

Изменение энтропии в неравновесном нестационарном процессе будет равно усреднённому по времени и по контрольной поверхности F потоку энтропии Js в окружающую среду (Де- ), усреднённой по времени и по объёму V скорости возникновения энтропии а внутри системы (Д<5) [c.63]

В термодинамике данный ансамбль, ограниченный контрольной поверхностью, принято называть системой, или телом, а все, что находится за пределами контрольной поверхности,— окружающей средой. Изучая систему, мы вправе не интересоваться свойствами окружающей среды. Окружающая среда должна волновать нас только в той мере, в какой она служит источником специфических и универсальных воздействий на систему. Такой подход к изучению ансамбля очень плодотворен, поэтому мы [c.99]

Дифференциальное уравнение (50) напоминает соответствующее уравнение для закона сохранения энергии (46) оно говорит о том, что в процессе взаимодействия системы и окружающей среды количество вещества, вышедшего (или вошедшего) из окружающей среды через контрольную поверхность, равно количеству вещества, вошедшего (или вышедшего) в систему через ту же поверхность. Это значит, что общее количество вещества в системе и окружающей среде остается неизменным на сколько уменьшается количество вещества в окружающей среде, на столько же увеличивается это количество в системе и наоборот. [c.109]

В отличие от величины 11 , уд, не является сложным потенциалом, сопряженным с массой т , так как неравенство ее значений в системе и в окружающей среде не обязательно ведет к переносу массы к-го компонента через контрольную поверхность системы. Это объясняется отсутствием э(3 х )ектов увлечения масс и электрических зарядов компонентов энтропией. [c.45]

Отсюда следует, что в фундаментальном уравнении (1.22.16) первое слагаемое связано с термическим взаимодействием между системой и окружающей средой (самопроизвольный и вынужденный переносы энтропии через контрольную поверхность системы) и с диссипативными эффектами при химическом превращении (генерирование энтропии внутри системы), второе слагаемое—с механическим взаимодействием между системой и окружающей средой (самопроизвольный перенос объема через контрольную поверхность системы), третье слагаемое — с электрическим взаимодействием между системой и окружающей средой (самопроизвольный и вынужденный переносы электрического заряда через контрольную поверхность системы) и четвертое слагаемое — с массообменом между системой и окружающей средой (самопроизвольный и вынужденный переносы масс компонентов через контрольную поверхность системы) и с массообменом между компонентами — подсистемами (самопроизвольный и вынунеденный переносы масс субкомпонентов через границы подсистем). [c.63]

Вьщеленне системы условной замкнутой контрольной поверхностью (КП), офаничивающей систему от окружающей среды, произвольно и определяется только задачей исследования. [c.6]

Если взаимодействие вида т между системой и окружающей средой происходит на нескольких изопотенциальных участках I контрольной поверхности с обобщенными потенциалами рт то общая работа с1Ат, связанная с таким взаимодействием, равна сумме работ d >A,n [c.40]

Все основные успехи термодинамики связаны с рассмотрением квазипроцессов и условий равновесия. Помимо закона сохранения энергии уравнение (1,8) в скрытом виде выражает еще три идеи выделение системы из окружающей среды с помощью контрольной поверхности, позволяющей составить уравнение баланса энергии использование законов феноменологической физики для представления работы через соответствующие параметры состояния допущение о квазистатическом протекании процесса через непрерывную смену состояний равновесия. [c.13]

Потеря энергии в форме работы — это фикция, так как закон сохранения энергии не может быть нарушен. Следовательно, величина SA должна проявляться в другой форме, которая, как показывает опыт, представляет собой теплоту SiQ. Индекс г (латинское interior внутренний) означает, что ве шчина определена для системы. Теп юту 5iQ Клаузиус назвал некомпенсированной теплотой. Так как SA = OiQ, то некомпенсированная теплота также всегда положительна. Теплоту SiQ следует отличать от SeQ. Индекс е (латинское exterior — внешний) означает, что SeQ соответствует определённому количеству теплоты, которой термодинамическая система через контрольную поверхность обменивается с окружающей средой. [c.20]