Термоденамічні процеси

Термодинамічною системою називають будь-яку фізичну систему, що складається з великої кількості частинок — атомів і молекул, які здійснюють хаотичний тепловий рух і, взаємодіючи між собою, обмінюються енергією. Такими найпростішими термодинамічними системами є гази, молекули яких здійснюють не упорядкований рух і під час зіткнення обмінюються кінетичною енергією.

Термодинамічні системи

Розглянемо поведінку термодинамічних систем на прикладі моделі ідеального газу. Середня енергія теплового руху молекул зв’язана з температурою й вона є найважливішою фізичною величиною, що характеризує різні стани термодинамічних систем. Крім температури, стан таких систем характеризується об’ємом, який вони займають, і зовнішнім тиском або зовнішніми силами, що діють на них.

Властивості термодинамічних систем

Важливою властивістю термодинамічних систем є наявність у них рівноважних станів, у яких вони можуть перебувати як завгодно довго. Для газу, який знаходиться в деякій посудині, рівноважним є стан, у якому температура, тиск і густина в межах об’єму газу всюди однакові.

Стан ізольованих термодинамічних систем, у яких вони не можуть перебувати впродовж кінцевих відрізків часу, називають нерівноважним. Система, що спочатку знаходиться у нерівноважному стані, з часом переходить у рівноважний. Обернений процес переходу з рівноважного стану до нерівноважного може здійснюватися за допомогою зовнішніх дій на систему. Нерівноважними, наприклад, є стан системи з різними температурами в різних частинах об’єму.

Вирівнювання температури газу (твердих тіл і рідин) є перехід тіл у рівноважний стан з однаковою температурою в межах всього об’єму газу.

Перехід фізичної системи з одного (початкового) стану в інший (кінцевий) через якусь послідовність станів називають процесом. Якщо початковий і кінцевий стан системи, а також усі проміжні її стани є рівноважними, то такий процес називають рівноважним. Рівноважні процеси є обернені, їх можна провести в зворотному напрямку через такі само стани, через які проходила система від початкового до кінцевого стану.

Якщо під час переходу системи з одного стану в інший, хоч один із станів, що проходить система, є нерівноважним, то увесь процес переходу називається нерівноважним. Нерівноважні процеси не обернені. Нерівноважними є процеси, наприклад, які супроводжуються наявністю сил тертя, процеси теплообміну між тілами, що мають різну температуру та ін.

Зворотні процеси мають велике значення в теоретичній термодинаміці як ідеальні процеси переходу систем з одного стану до іншого. Наведемо необхідні умови для здійснення зворотного процесу:

  • різниця температур між тілами всередині системи, а також між системою й тілами, що її оточують, має бути нескінченно малою величиною;
  • процес повинен протікати дуже повільно, щоб кожен зі станів, що проходить система, був рівноважним;
  • у системі мають бути відсутні сили тертя, тобто перетворення механічної енергії в теплову;
  • у системі не повинні протікати хімічні реакції, наприклад, горіння.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *