Молекулярно — кинетическая теория газов. Основы термодинамики. Закрытые и открытые термодинамические системы

Молекулярно — кинетическая теория газов. Основы термодинамики.

ЗАКРЫТЫЕ И ОТКРЫТЫЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

• Состояние называется стационарным, если параметры системы с течением времени не изменяются.

• Внутренние параметры системы разделяются на интенсивные и экстенсивные . Параметры не зависящие от массы и числа частиц в системе , называются интенсивными ( давление , температура и др.) . Параметры пропорциональные массе или числу частиц в системе , называются аддитивными или экстенсивными ( энергия , энтропия и др. ) .

По способу передачи энергии , вещества и информации между рассматриваемой системы и окружающей средой термодинамические системы классифицируются :

• По способу передачи энергии , вещества и информации между рассматриваемой системы и окружающей средой термодинамические системы классифицируются :

• Замкнутая ( изолированная ) система - это система в которой нет обмена с внешними телами ни энергией , ни веществом ( в том числе и излучением ) , ни информацией .

• Закрытая система - система в которой есть обмен только с энергией .

• Адиабатно изолированная система - это система в которой есть обмен энергией только в форме теплоты .

• Открытая система - это система , которая обменивается и энергией , и веществом , и информацией .

Первое начало термодинамики

• устанавливает внутренняя энергия системы является однозначная функция ее состояния и изменяется только под влиянием внешних воздействий.

• Для элементарного процесса уравнение первого начала такого :

• Q = dU + W

• Q и W не являются полным дифференциалом, так как зависят от пути следования.

Зависимость Q и W от пути видна на простейшем примере расширение газа. Работа совершенная системой при переходе ее из состояния 1 в 2 ( рис. 1) по пути а изображается площадью, ограниченной контуром А1а2ВА :

• Зависимость Q и W от пути видна на простейшем примере расширение газа. Работа совершенная системой при переходе ее из состояния 1 в 2 ( рис. 1) по пути а изображается площадью, ограниченной контуром А1а2ВА :

• Wа = p(V,T) dV ;

• а работа при переходе по пути в - площадью ограниченную контуром А1в2ВА:

• Wb = p(V,T) dV.

Первое начало можно сформулировать в нескольких видах :

• Невозможно возникновение и уничтожение энергии .

• Любая форма движения способна и должна превращаться в любую другую форму движения .

• Внутренняя энергия является однозначной формой состояния .

• Вечный двигатель первого рода невозможен .

• Бесконечно малое изменение внутренней энергии является полным дифференциалом.

• Сумма количества теплоты и работы не зависит от пути процесса.

ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

• состояние термодинамического равновесия определяется совокупностью внешних параметров и температуры.

• Итак , все внутренние параметры равновесной системы являются функциями внешних параметров и температур

• при термодинамическом равновесии все внутренние параметры являются функциями внешних параметров и энергии.

ОБРАТИМЫЕ И НЕОБРАТИМЫЕ ПРОЦЕССЫ

• Процесс перехода системы из состояния 1 в 2 называется обратимым , если возвращением этой системы в исходное состояние из 2 в 1 можно осуществить без каких бы то ни было изменений окружающих внешних телах.

• Процесс же перехода системы из состояния 1 в 2 называется необратимым , если обратный переход системы из 2 в 1 нельзя осуществить без изменения в окружающих телах .

• Мерой необратимости процесса в замкнутой системе является изменением новой функции состояния - энтропии , существование которой у равновесной системы устанавливает первое положение второго начала о невозможности вечного двигателя второго рода . Однозначность этой функции состояния приводит к тому , что всякий необратимый процесс является неравновесным.

ЭНТРОПИЯ

• Математически второе начало термодинамики для равновесных процессов записывается уравнением:

• dQ/T = dS или dQ = TdS

ТРЕТЬЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

• В результате этих исследований и было сформулировано третье начало термодинамики : по мере приближения температуры к 0 К энтропия всякой равновесной системы при изотермических процессах перестает зависить от каких-либо термодинамических параметров состояния и в пределе ( Т= 0 К) принимает одну и туже для всех систем универсальную постоянную величину , которую можно принять равной нулю .

Общность этого утверждения состоит в том , что , во-первых , оно относится к любой равновесной системе и , во-вторых , что при Т стремящемуся к 0 К энтропия не зависит от значения любого параметра системы. Таким образом по третьему началу,

• Общность этого утверждения состоит в том , что , во-первых , оно относится к любой равновесной системе и , во-вторых , что при Т стремящемуся к 0 К энтропия не зависит от значения любого параметра системы. Таким образом по третьему началу,

• lin [ S (T,X2) - S (T,X1) ] = 0 или

• lim [ dS/dX ]T = 0 при Т  0 где Х - любой термодинамический параметр (аi или Аi).