Länge hade fysiker och representanter för andra vetenskaper ett sätt att beskriva vad de observerar under sina experiment. Bristen på konsensus och förekomsten av ett stort antal termer tagna "ur det blå" ledde till förvirring och missförstånd bland kollegor. Med tiden fick varje gren av fysiken sina etablerade definitioner och måttenheter. Så här såg termodynamiska parametrar ut, vilket förklarar de flesta av de makroskopiska förändringarna i systemet.
Definition
Tillståndsparametrar, eller termodynamiska parametrar, är ett antal fysiska storheter som tillsammans och var för sig kan karakterisera det observerade systemet. Dessa inkluderar begrepp som:
- temperatur och tryck;
- koncentration, magnetisk induktion;
- entropy;
- enthalpi;
- Gibbs och Helmholtz energier och många andra.
Välj intensiva och omfattande parametrar. Omfattande är de som är direkt beroende av massan av det termodynamiska systemet, ochintensiv - som bestäms av andra kriterier. Alla parametrar är inte lika oberoende, därför är det nödvändigt att bestämma flera parametrar samtidigt för att beräkna systemets jämviktstillstånd.
Dessutom finns det vissa terminologiska meningsskiljaktigheter bland fysiker. Samma fysiska egenskap kan av olika författare kallas antingen en process, eller en koordinat, eller en kvantitet, eller en parameter, eller till och med bara en egenskap. Allt beror på innehållet i vilket forskaren använder det. Men i vissa fall finns det standardiserade rekommendationer som utarbetare av dokument, läroböcker eller order måste följa.
Klassificering
Det finns flera klassificeringar av termodynamiska parametrar. Så, baserat på första stycket, är det redan känt att alla kvantiteter kan delas in i:
- extensive (additiv) - sådana ämnen följer lagen om addition, det vill säga deras värde beror på antalet ingredienser;
- intensiva - de beror inte på hur mycket av ämnet som togs för reaktionen, eftersom de är inriktade under interaktionen.
Baserat på de förhållanden som ämnena som utgör systemet befinner sig under kan mängderna delas upp i de som beskriver fasreaktioner och kemiska reaktioner. Dessutom måste egenskaperna hos reaktanterna beaktas. De kan vara:
- termomekanisk;
- termofysisk;
- termokemisk.
Förutom detta utför alla termodynamiska system en viss funktion, så parametrarna kankarakterisera arbetet eller värmen som produceras som ett resultat av reaktionen, och även låta dig beräkna energin som krävs för att överföra massan av partiklar.
Statsvariabler
Tillståndet för alla system, inklusive termodynamiskt, kan bestämmas av en kombination av dess egenskaper eller egenskaper. Alla variabler som är fullständigt bestämda endast vid ett visst ögonblick och inte beror på exakt hur systemet kom till detta tillstånd kallas termodynamiska tillståndsparametrar (variabler) eller tillståndsfunktioner.
Systemet anses vara stationärt om de variabla funktionerna inte ändras över tiden. En version av det stationära tillståndet är termodynamisk jämvikt. Varje, även den minsta förändring i systemet, är redan en process, och den kan innehålla från en till flera variabla termodynamiska tillståndsparametrar. Sekvensen i vilken systemets tillstånd kontinuerligt övergår till varandra kallas "processbanan".
Tyvärr finns det fortfarande förvirring med termerna, eftersom samma variabel kan vara både oberoende och resultatet av att flera systemfunktioner lagts till. Därför kan termer som "tillståndsfunktion", "tillståndsparameter", "tillståndsvariabel" betraktas som synonymer.
Temperature
En av de oberoende parametrarna för tillståndet i ett termodynamiskt system är temperatur. Det är ett värde som kännetecknar mängden kinetisk energi per enhet partiklar itermodynamiskt system i jämvikt.
Om vi närmar oss definitionen av begreppet ur termodynamikens synvinkel, så är temperaturen ett värde omvänt proportionellt mot förändringen i entropi efter tillförsel av värme (energi) till systemet. När systemet är i jämvikt är temperaturvärdet detsamma för alla dess "deltagare". Om det finns en temperaturskillnad avges energin av en varmare kropp och absorberas av en kallare.
Det finns termodynamiska system där störningen (entropin) inte ökar, utan snarare minskar när energi tillförs. Dessutom, om ett sådant system interagerar med en kropp vars temperatur är högre än dess egen, kommer det att ge upp sin kinetiska energi till denna kropp, och inte vice versa (baserat på termodynamikens lagar).
Pressure
Tryck är en storhet som kännetecknar kraften som verkar på en kropp, vinkelrätt mot dess yta. För att beräkna denna parameter är det nödvändigt att dela hela mängden kraft med föremålets yta. Enheterna för denna kraft kommer att vara pascal.
När det gäller termodynamiska parametrar upptar gasen hela den tillgängliga volymen, och dessutom rör sig molekylerna som den består av ständigt slumpmässigt och kolliderar med varandra och med kärlet där de finns. Det är dessa stötar som bestämmer ämnets tryck på kärlets väggar eller på kroppen som placeras i gasen. Kraft fortplantar sig lika i alla riktningar just på grund av det oförutsägbaramolekylära rörelser. För att öka trycket måste du öka systemets temperatur och vice versa.
Intern energi
De huvudsakliga termodynamiska parametrarna som beror på systemets massa inkluderar intern energi. Den består av den kinetiska energin som beror på rörelsen av ett ämnes molekyler, samt av den potentiella energi som uppstår när molekylerna interagerar med varandra.
Den här parametern är entydig. Det vill säga, värdet på intern energi är konstant närhelst systemet är i det önskade tillståndet, oavsett vilket sätt det (tillståndet) nåddes.
Det är omöjligt att ändra den interna energin. Det är summan av den värme som avges av systemet och det arbete som det producerar. För vissa processer beaktas andra parametrar, såsom temperatur, entropi, tryck, potential och antalet molekyler.
Entropy
Termodynamikens andra lag säger att entropin i ett isolerat system inte minskar. En annan formulering postulerar att energi aldrig går från en kropp med lägre temperatur till en varmare. Detta förnekar i sin tur möjligheten att skapa en evighetsmaskin, eftersom det är omöjligt att överföra all energi som finns tillgänglig för kroppen till arbete.
Själva begreppet "entropi" togs i bruk i mitten av 1800-talet. Då uppfattades det som en förändring av värmemängden till systemets temperatur. Men denna definition gäller bara förprocesser som ständigt är i jämvikt. Av detta kan vi dra följande slutsats: om temperaturen på de kroppar som utgör systemet tenderar till noll, så kommer entropin också att vara lika med noll.
Entropi som en termodynamisk parameter för gastillståndet används som en indikation på måttet på slumpmässighet, slumpmässighet för partikelrörelse. Den används för att bestämma fördelningen av molekyler i ett visst område och ett visst kärl, eller för att beräkna den elektromagnetiska kraften för interaktion mellan jonerna i ett ämne.
Enthalpy
Entalpi är den energi som kan omvandlas till värme (eller arbete) vid konstant tryck. Detta är potentialen hos ett system som är i jämvikt om forskaren känner till entropinivån, antalet molekyler och trycket.
Om den termodynamiska parametern för en idealgas anges, istället för entalpi, används formuleringen "det utökade systemets energi". För att göra det lättare att förklara detta värde för oss själva kan vi föreställa oss ett kärl fyllt med gas, som likformigt komprimeras av en kolv (till exempel en förbränningsmotor). I det här fallet kommer entalpin att vara lika med inte bara ämnets inre energi, utan också med det arbete som måste göras för att få systemet till det erforderliga tillståndet. Att ändra denna parameter beror bara på systemets initiala och slutliga tillstånd, och sättet på vilket den kommer att tas emot spelar ingen roll.
Gibbs Energy
Termodynamiska parametrar och processer är för det mesta associerade med energipotentialen hos de ämnen som utgör systemet. Således är Gibbs-energin ekvivalenten med den totala kemiska energin i systemet. Den visar vilka förändringar som kommer att inträffa under loppet av kemiska reaktioner och om ämnen kommer att interagera överhuvudtaget.
Ändring av mängden energi och temperatur i systemet under reaktionens gång påverkar sådana begrepp som entalpi och entropi. Skillnaden mellan dessa två parametrar kommer att kallas Gibbs energi eller isobarisk-isotermisk potential.
Minivärdet för denna energi observeras om systemet är i jämvikt och dess tryck, temperatur och mängd materia förblir oförändrade.
Helmholtz Energy
Helmholtz-energi (enligt andra källor - bara fri energi) är den potentiella mängd energi som kommer att gå förlorad av systemet när det interagerar med kroppar som inte ingår i det.
Begreppet Helmholtz fri energi används ofta för att bestämma vilket maxim alt arbete ett system kan utföra, det vill säga hur mycket värme som frigörs när ämnen ändras från ett tillstånd till ett annat.
Om systemet är i ett tillstånd av termodynamisk jämvikt (det vill säga det fungerar inte), då är nivån av fri energi på ett minimum. Detta innebär att ändra andra parametrar, såsom temperatur,trycket förekommer inte heller antalet partiklar.
