Sistemi termodinamik. Koncepti i një sistemi termodinamik

Faqe 1

Një sistem termodinamik, si çdo sistem tjetër fizik, ka një sasi të caktuar energjie, e cila zakonisht quhet energji e brendshme e sistemit.  

Një sistem termodinamik quhet i izoluar nëse nuk mund të shkëmbejë as energji dhe as lëndë me mjedisin e jashtëm. Një shembull i një sistemi të tillë është një gaz i mbyllur në një enë me vëllim konstant. Një sistem termodinamik quhet adiabatik nëse nuk mund të shkëmbejë energji me sisteme të tjera me anë të shkëmbimit të nxehtësisë.  

Një sistem termodinamik është një grup trupash që, në një shkallë ose në një tjetër, mund të shkëmbejnë energji dhe lëndë midis tyre dhe mjedisit.  

Sistemet termodinamike ndahen në të mbyllura, të cilat nuk shkëmbejnë lëndën me sisteme të tjera dhe të hapura, të cilat shkëmbejnë lëndën dhe energjinë me sisteme të tjera. Në rastet kur një sistem nuk shkëmben energji dhe lëndë me sisteme të tjera, ai quhet i izoluar, dhe kur nuk ka shkëmbim nxehtësie, sistemi quhet adiabatik.  

Sistemet termodinamike mund të përbëhen nga përzierje të substancave të pastra. Një përzierje (tretësirë) quhet homogjene kur përbërja kimike dhe vetitë fizike në çdo grimcë të vogël janë të njëjta ose ndryshojnë vazhdimisht nga një pikë e sistemit në tjetrën. Dendësia, presioni dhe temperatura e një përzierjeje homogjene janë identike në çdo pikë. Një shembull i një sistemi homogjen është një vëllim i caktuar uji, përbërja kimike e të cilit është e njëjtë, por vetitë fizike ndryshojnë nga një pikë në tjetrën.  

Një sistem termodinamik me një raport të caktuar sasior të përbërësve quhet një sistem i vetëm fiziko-kimik.  

Sistemet termodinamike (trupat makroskopikë), së bashku me energjinë mekanike E, kanë edhe energji të brendshme U, e cila varet nga temperatura, vëllimi, presioni dhe parametrat e tjerë termodinamikë.  

Një sistem termodinamik quhet jo i izoluar, ose i hapur, nëse ai mund të marrë ose lëshojë nxehtësi në mjedis dhe të prodhojë punë, dhe mjedisi i jashtëm mund të kryejë punë në sistem. Një sistem është i izoluar ose i mbyllur nëse nuk shkëmben nxehtësi me mjedisin dhe ndryshimi i presionit brenda sistemit nuk ndikon në mjedis dhe ky i fundit nuk mund të kryejë punë në sistem.  

Sistemet termodinamike përbëhen nga një numër statistikisht i madh grimcash.  

Në kushte të caktuara të jashtme, një sistem termodinamik (ose një sistem i izoluar) vjen në një gjendje të karakterizuar nga qëndrueshmëria e parametrave të tij me kalimin e kohës dhe mungesa e rrjedhave të materies dhe nxehtësisë në sistem. Kjo gjendje e sistemit quhet ekuilibër ose gjendje ekuilibri. Sistemi nuk mund të dalë spontanisht nga kjo gjendje. Gjendja e një sistemi në të cilin nuk ka ekuilibër quhet jo ekuilibër. Procesi i një kalimi gradual të një sistemi nga një gjendje joekuilibri i shkaktuar nga ndikimet e jashtme në një gjendje ekuilibri quhet relaksim, dhe periudha kohore që sistemi të kthehet në një gjendje ekuilibri quhet kohë relaksimi.  

Në këtë rast, sistemi termodinamik kryen punë të zgjerimit duke reduktuar energjinë e brendshme të sistemit.  

Një sistem termodinamik është një objekt studimi në termodinamikë dhe është një grup trupash që ndërveprojnë energjikisht me njëri-tjetrin dhe mjedisin dhe shkëmbejnë lëndën me të.  

Një sistem termodinamik, i lënë në vetvete në kushte të jashtme konstante, vjen në një gjendje ekuilibri, i karakterizuar nga qëndrueshmëria e të gjithë parametrave dhe mungesa e lëvizjeve makroskopike. Kjo gjendje e sistemit quhet gjendje e ekuilibrit termodinamik.  

Një sistem termodinamik karakterizohet nga një numër i kufizuar i ndryshoreve të pavarura - madhësi makroskopike të quajtura parametra termodinamikë. Një nga parametrat e pavarur makroskopikë të një sistemi termodinamik, që e dallon atë nga ai mekanik, është temperatura si masë e intensitetit të lëvizjes termike. Temperatura e trupit mund të ndryshojë për shkak të shkëmbimit të nxehtësisë me mjedisin dhe veprimit të burimeve të nxehtësisë dhe si rezultat i vetë procesit të deformimit. Marrëdhënia midis deformimit dhe temperaturës përcaktohet duke përdorur termodinamikën.  

Termodinamika është një shkencë që studion modelet e përgjithshme të proceseve të shoqëruara me çlirimin, thithjen dhe transformimin e energjisë. Termodinamika kimike studion transformimet e ndërsjella të energjisë kimike dhe formave të tjera të saj - nxehtësia, drita, elektriciteti, etj., Përcakton ligjet sasiore të këtyre tranzicioneve, dhe gjithashtu bën të mundur parashikimin e qëndrueshmërisë së substancave në kushte të caktuara dhe aftësinë e tyre për të hyrë. në disa reaksione kimike. Objekti i shqyrtimit termodinamik quhet një sistem termodinamik ose thjesht një sistem.

Sistemi– çdo objekt natyror i përbërë nga një numër i madh molekulash (njësi strukturore) dhe i ndarë nga objektet e tjera natyrore nga një sipërfaqe kufitare (ndërfaqe) reale ose imagjinare.

Gjendja e një sistemi është një grup i vetive të sistemit që na lejojnë të përcaktojmë sistemin nga pikëpamja e termodinamikës.

Llojet e sistemeve termodinamike:

I. Nga natyra e shkëmbimit të materies dhe energjisë me mjedisin:

1. Sistemi i izoluar - nuk shkëmben as lëndë dhe as energji me mjedisin (Δm = 0; ΔE = 0) - termos.

2. Sistemi i mbyllur - nuk e këmben lëndën me mjedisin, por mund të shkëmbejë energji (balonë e mbyllur me reagentë).

3. Sistemi i hapur - mund të shkëmbejë me mjedisin, si materien ashtu edhe energjinë (trupi i njeriut).

II. Sipas gjendjes së grumbullimit:

1. Homogjene - mungesa e ndryshimeve të mprehta në vetitë fizike dhe kimike gjatë kalimit nga një zonë e sistemit në tjetrën (përbëhet nga një fazë).

2. Heterogene - dy ose më shumë sisteme homogjene në një (përbëhet nga dy ose më shumë faza).

Faza- kjo është një pjesë e sistemit, homogjene në të gjitha pikat në përbërje dhe veti dhe e ndarë nga pjesët e tjera të sistemit nga një ndërfaqe. Një shembull i një sistemi homogjen është një zgjidhje ujore. Por nëse tretësira është e ngopur dhe ka kristale kripe në fund të enës, atëherë sistemi në shqyrtim është heterogjen (ekziston një kufi fazor). Një shembull tjetër i një sistemi homogjen është uji i thjeshtë, por uji me akull që noton në të është një sistem heterogjen.

Tranzicioni i fazës- transformimet fazore (shkrirja e akullit, zierja e ujit).

Procesi termodinamik- kalimi i një sistemi termodinamik nga një gjendje në tjetrën, i cili shoqërohet gjithmonë me një çekuilibër të sistemit.

Klasifikimi i proceseve termodinamike:

7. Temperatura izotermike - konstante – T = konst

8. Izobarike – presion konstant – p = konst

9. Izokorik - vëllim konstant – V = konst

Gjendje standardeështë gjendja e sistemit, e zgjedhur me kusht si standard për krahasim.

Për faza e gazit- kjo është gjendja e një lënde kimikisht të pastër në fazën e gazit nën një presion standard prej 100 kPa (deri në vitin 1982 - 1 atmosferë standarde, 101,325 Pa, 760 mm Hg), që nënkupton praninë e vetive të një gazi ideal.

Për fazë e pastër, përzierje ose tretës në gjendje agregati të lëngët ose të ngurtë është gjendja e një lënde kimikisht të pastër në një fazë të lëngshme ose të ngurtë nën presion standard.

Për zgjidhje- kjo është gjendja e një lënde të tretur me një molalitet standard 1 mol/kg, nën presion standard ose përqendrim standard, bazuar në kushtet që tretësira të jetë e holluar pafundësisht.

Për substancë e pastër kimikisht- kjo është një substancë në një gjendje grumbullimi të përcaktuar qartë nën një presion standard të përcaktuar qartë, por arbitrar.

Në përcaktimin e gjendjes standarde temperatura standarde nuk përfshihet, megjithëse temperatura standarde shpesh flitet si 25°C (298.15 K).

2.2. Konceptet themelore të termodinamikës: energjia e brendshme, puna, nxehtësia

Energjia e brendshme U- rezerva totale e energjisë, duke përfshirë lëvizjen e molekulave, dridhjet e lidhjeve, lëvizjen e elektroneve, bërthamave, etj., d.m.th. të gjitha llojet e energjisë përveç energjisë kinetike dhe potenciale sistemet në tërësi.

Është e pamundur të përcaktohet vlera e energjisë së brendshme të çdo sistemi, por është e mundur të përcaktohet ndryshimi i energjisë së brendshme ΔU që ndodh në një proces të caktuar gjatë kalimit të sistemit nga një gjendje (me energji U 1) në tjetrën. (me energji U 2):

ΔU varet nga lloji dhe sasia e substancës në fjalë dhe nga kushtet e ekzistencës së saj.

Energjia totale e brendshme e produkteve të reaksionit ndryshon nga energjia totale e brendshme e substancave fillestare, sepse Gjatë reagimit, ndodh një ristrukturim i predhave elektronike të atomeve të molekulave ndërvepruese.

Prezantimi. 2

Termodinamika. Koncepti i përgjithshëm. 3

Koncepti i një sistemi termodinamik.. 4

Llojet e sistemeve termodinamike.. 6

Proceset termodinamike.. 7

Proceset e kthyeshme dhe të pakthyeshme.. 7

Energjia e brendshme e sistemit.. 10

Ligji zero i termodinamikës.. 11

Ligji i parë i termodinamikës.. 12

Ligji i dytë i termodinamikës.. 14

Ligji i tretë i termodinamikës... 16

Pasojat. 17

Paarritshmëria e temperaturave zero absolute. 17

Sjellja e koeficientëve termodinamikë. 17

Prezantimi

Vazhdimisht hasim jo vetëm lëvizje mekanike, por edhe dukuri termike që shoqërohen me ndryshime të temperaturës së trupit ose kalimin e substancave në gjendje të ndryshme grumbullimi - të lëngëta, të gazta ose të ngurta.

Proceset termike kanë një rëndësi të madhe për ekzistencën e jetës në Tokë, pasi proteina është e aftë për aktivitet jetësor vetëm në një interval të caktuar të temperaturës. Jeta në Tokë varet nga temperatura e ambientit.

Njerëzit arritën pavarësinë relative nga mjedisi pasi mësuan të bënin zjarr. Ky ishte një nga zbulimet më të mëdha të agimit të njerëzimit.

Termodinamika është shkenca e fenomeneve termike që nuk merr parasysh strukturën molekulare të trupave. Ligjet e termodinamikës dhe zbatimi i tyre do të diskutohen në këtë ese.

Termodinamika. Koncepti i përgjithshëm

Parimet e termodinamikës janë një grup postulatesh që qëndrojnë në themel të termodinamikës. Këto dispozita u krijuan si rezultat i kërkimit shkencor dhe u vërtetuan eksperimentalisht. Ato pranohen si postulate në mënyrë që termodinamika të mund të ndërtohet në mënyrë aksiomatike.

Nevoja për parimet e termodinamikës është për faktin se termodinamika përshkruan parametrat makroskopikë të sistemeve pa supozime specifike në lidhje me strukturën e tyre mikroskopike. Fizika statistikore merret me çështje të strukturës së brendshme.

Parimet e termodinamikës janë të pavarura, domethënë asnjëri prej tyre nuk mund të rrjedhë nga parimet e tjera.

Lista e parimeve të termodinamikës

· Ligji i parë i termodinamikës është ligji i ruajtjes së energjisë siç zbatohet në sistemet termodinamike.

· Ligji i dytë i termodinamikës vendos kufizime në drejtimin e proceseve termodinamike, duke ndaluar transferimin spontan të nxehtësisë nga trupat më pak të nxehtë në ato më të nxehtë. Formuluar gjithashtu si ligj i entropisë në rritje.

· Ligji i tretë i termodinamikës tregon se si sillet entropia afër temperaturave zero absolute.

· Ligji zero (ose i përgjithshëm) i termodinamikës nganjëherë quhet parimi sipas të cilit një sistem i mbyllur, pavarësisht nga gjendja fillestare, përfundimisht vjen në një gjendje ekuilibri termodinamik dhe nuk mund ta lërë atë vetë.

Koncepti i një sistemi termodinamik

Një sistem termodinamik është çdo sistem fizik i përbërë nga një numër i madh grimcash-atomesh dhe molekulash që i nënshtrohen lëvizjes termike të pafundme dhe ndërveprojnë me njëri-tjetrin dhe shkëmbejnë energji. Sisteme të tilla termodinamike, dhe më të thjeshtat, janë gazet, molekulat e të cilave i nënshtrohen lëvizjeve të rastësishme përkthimore dhe rrotulluese dhe shkëmbejnë energji kinetike gjatë përplasjeve. Substancat e ngurta dhe të lëngëta janë gjithashtu sisteme termodinamike.

Molekulat e trupave të ngurtë pësojnë dridhje të rastësishme rreth pozicioneve të tyre të ekuilibrit, shkëmbimi i energjisë midis molekulave ndodh për shkak të ndërveprimit të tyre të vazhdueshëm, si rezultat i të cilit zhvendosja e një molekule nga pozicioni i saj ekuilibër reflektohet menjëherë në vendndodhjen dhe shpejtësinë e lëvizjes së fqinjëve. molekulat. Meqenëse energjia mesatare e lëvizjes termike të molekulave është e lidhur me temperaturën, temperatura është sasia fizike më e rëndësishme që karakterizon gjendjet e ndryshme të sistemeve termodinamike. Përveç temperaturës, gjendja e sistemeve të tilla përcaktohet edhe nga vëllimi që ata zënë dhe presioni i jashtëm ose forcat e jashtme që veprojnë në sistem.

Një veti e rëndësishme e sistemeve termodinamike është ekzistenca e gjendjeve të ekuilibrit në të cilat ato mund të qëndrojnë për çdo kohë. Nëse ushtrohet një ndikim i jashtëm në një sistem termodinamik që është në një nga gjendjet e ekuilibrit dhe më pas ai ndalet, atëherë sistemi kalon spontanisht në një gjendje të re ekuilibri. Megjithatë, duhet theksuar se tendenca për të kaluar në një gjendje ekuilibri është gjithmonë dhe vazhdimisht aktive, edhe jashtë kohës kur sistemi është i ekspozuar ndaj ndikimeve të jashtme.

Kjo tendencë, ose më saktë, ekzistenca e vazhdueshme e proceseve që çojnë në arritjen e një gjendje ekuilibri, është tipari më i rëndësishëm i sistemeve termodinamike.

Gjendjet e një sistemi të izoluar termodinamik, të cilat, pavarësisht mungesës së ndikimeve të jashtme, nuk vazhdojnë për periudha të fundme kohore, quhen jo ekuilibër. Sistemi, fillimisht në një gjendje jo ekuilibër, kalon në një gjendje ekuilibri me kalimin e kohës. Koha e kalimit nga një gjendje joekuilibri në një gjendje ekuilibri quhet koha e relaksimit. Kalimi i kundërt nga një gjendje ekuilibri në një gjendje jo ekuilibër mund të kryhet duke përdorur ndikime të jashtme në sistem.

Në veçanti, gjendja e një sistemi me temperatura të ndryshme në vende të ndryshme është joekuilibri, barazimi i t 0 në gaze, trupa të ngurtë dhe lëngje është kalimi i këtyre trupave në një gjendje ekuilibri me të njëjtin t 0 brenda vëllimit të trupit. Një shembull tjetër i një gjendjeje joekuilibri mund të jepet duke marrë parasysh sistemet dyfazore që përbëhen nga një lëng dhe avulli i tij. Nëse ka avull të pangopur mbi sipërfaqen e një lëngu në një enë të mbyllur, atëherë gjendja e sistemit nuk është ekuilibër: numri i molekulave që ikin nga lëngu për njësi të kohës është më i madh se numri i molekulave që kthehen nga avulli në lëng. gjatë të njëjtës kohë. Si rezultat, me kalimin e kohës, numri i molekulave në gjendjen e avullit rritet derisa të vendoset një gjendje ekuilibri.

Kalimi nga një gjendje ekuilibri në një gjendje ekuilibri në shumicën e rasteve ndodh vazhdimisht, dhe shpejtësia e këtij tranzicioni mund të rregullohet pa probleme duke përdorur ndikimet e jashtme të përshtatshme, duke e bërë procesin e relaksimit ose shumë të shpejtë ose shumë të ngadaltë. Për shembull, me nxitje mekanike mund të rrisni ndjeshëm shkallën e barazimit të temperaturës në lëngje ose gazra duke ftohur lëngun, mund ta bëni procesin e difuzionit të substancës së tretur në të.

Sistemi termodinamik- një grup trupash makroskopikë që mund të ndërveprojnë me njëri-tjetrin dhe me trupa të tjerë (mjedisi i jashtëm) - shkëmbejnë energji dhe lëndë me ta. Shkëmbimi i energjisë dhe materies mund të ndodhë si brenda vetë sistemit midis pjesëve të tij, ashtu edhe ndërmjet sistemit dhe mjedisit të jashtëm. Në varësi të metodave të mundshme të izolimit të sistemit nga mjedisi i jashtëm, dallohen disa lloje të sistemeve termodinamike.

Sistemi i hapur quhet një sistem termodinamik që mund të shkëmbejë materien dhe energjinë me mjedisin e jashtëm. Shembuj tipikë të sistemeve të tilla janë të gjithë organizmat e gjallë, si dhe lëngjet, masa e të cilave zvogëlohet vazhdimisht për shkak të avullimit ose vlimit.

Sistemi termodinamik thirrur mbyllur, nëse nuk mund të shkëmbejë as energji as lëndë me mjedisin e jashtëm. Mbyllur sistem do ta quajmë sistem termodinamik që është i izoluar mekanikisht, d.m.th. i paaftë për të shkëmbyer energji me mjedisin e jashtëm duke kryer punë. Një shembull i një sistemi të tillë është një gaz i mbyllur në një enë me vëllim konstant. Sistemi termodinamik quhet adiabatike, nëse nuk mund të shkëmbejë energji me sisteme të tjera nëpërmjet shkëmbimit të nxehtësisë.

Parametrat termodinamikë (parametrat e gjendjes) janë madhësi fizike që shërbejnë për të karakterizuar gjendjen e një sistemi termodinamik.

Shembuj të parametrave termodinamikë janë presioni, vëllimi, temperatura, përqendrimi. Ekzistojnë dy lloje të parametrave termodinamikë: të gjerë Dhe intensive. Të parat janë proporcionale me sasinë e substancës në një sistem të caktuar termodinamik, të dytat nuk varen nga sasia e substancës në sistem. Parametri më i thjeshtë i gjerë është vëllimi V sistemeve. Madhësia v, i barabartë me raportin e vëllimit të sistemit me masën e tij, quhet vëllimi specifik i sistemit. Parametrat më të thjeshtë intensivë janë presioni R dhe temperatura T.

Presioni është një sasi fizike

Ku dFn- moduli i forcës normale që vepron në një zonë të vogël të sipërfaqes së një trupi të sheshtë
me masë dS.

Nëse presioni dhe vëllimi specifik kanë një kuptim fizik të qartë dhe të thjeshtë, atëherë koncepti i temperaturës është shumë më kompleks dhe më pak i qartë. Para së gjithash, le të theksojmë se koncepti i temperaturës, në mënyrë rigoroze, ka kuptim vetëm për gjendjet ekuilibër të sistemit.

Gjendja e ekuilibrit të një sistemi termodinamik– një gjendje e sistemit në të cilën të gjithë parametrat kanë vlera të caktuara dhe në të cilën sistemi mund të qëndrojë për aq kohë sa të dëshirohet. Temperatura në të gjitha pjesët e një sistemi termodinamik në gjendje ekuilibri është e njëjtë.

Kur nxehtësia shkëmbehet midis dy trupave me temperatura të ndryshme, nxehtësia transferohet nga trupi me temperaturë më të lartë në trupin me temperaturë më të ulët. Ky proces ndalon kur temperaturat e të dy trupave barazohen.

Temperatura e një sistemi në një gjendje ekuilibri shërben si masë e intensitetit të lëvizjes termike të atomeve, molekulave dhe grimcave të tjera që formojnë sistemin. Në një sistem grimcash të përshkruara nga ligjet e fizikës statistikore klasike dhe në një gjendje ekuilibri, energjia mesatare kinetike e lëvizjes termike të grimcave është drejtpërdrejt proporcionale me temperaturën termodinamike të sistemit. Prandaj, ndonjëherë thuhet se temperatura karakterizon shkallën e ngrohjes së trupit.

Gjatë matjes së temperaturës, e cila mund të bëhet vetëm në mënyrë indirekte, përdoret varësia nga temperatura e një sërë vetive fizike të trupit që mund të maten drejtpërdrejt ose tërthorazi. Për shembull, kur ndryshon temperatura e një trupi, ndryshojnë gjatësia dhe vëllimi i tij, dendësia, vetitë elastike, rezistenca elektrike etj. Ndryshimi i ndonjërës prej këtyre vetive është baza për matjet e temperaturës. Për ta bërë këtë, është e nevojshme që për një trup (të zgjedhur), të quajtur trup termometrik, të dihet varësia funksionale e kësaj vetie nga temperatura. Për matjet praktike të temperaturës, përdoren shkallët e temperaturës të vendosura duke përdorur trupa termometrikë. Në shkallën ndërkombëtare të temperaturës në gradë, temperatura shprehet në gradë Celsius (°C) [A. Celsius (1701–1744) – shkencëtar suedez] dhe është caktuar t, dhe supozohet se në presion normal 1,01325 × 10 5 Pa temperaturat e shkrirjes së akullit dhe ujit të vluar janë përkatësisht të barabarta me 0 dhe 100 °C. Në shkallën termodinamike të temperaturës, temperatura shprehet në Kelvin (K) [U. Thomson, Lord Kelvin (1821–1907) – fizikan anglez], i shënuar T dhe quhet temperaturë termodinamike. Marrëdhënia ndërmjet temperaturës termodinamike T dhe temperatura në një shkallë centigrade ka formën T = t + 273,15.

Temperatura T= 0 K (shkallë gradë t= –273,15 °C) quhet zero absolute temperatura, ose zero në shkallën e temperaturës termodinamike.

Parametrat e gjendjes së sistemit ndahen në të jashtëm dhe të brendshëm. Parametrat e jashtëm Sistemet janë sasi fizike që varen nga pozicioni në hapësirë ​​dhe vetitë e ndryshme (për shembull, ngarkesat elektrike) të trupave që janë të jashtëm për një sistem të caktuar. Për shembull, për gazin ky parametër është vëllimi V anije,
në të cilën ndodhet gazi, sepse vëllimi varet nga vendndodhja e trupave të jashtëm - muret e enës. Presioni atmosferik është një parametër i jashtëm për një lëng në një enë të hapur. Parametrat e brendshëm Sistemet janë sasi fizike që varen si nga pozicioni i trupave jashtë sistemit ashtu edhe nga koordinatat dhe shpejtësitë e grimcave që formojnë këtë sistem. Për shembull, parametrat e brendshëm të një gazi janë presioni dhe energjia e tij, të cilat varen nga koordinatat dhe shpejtësitë e molekulave në lëvizje dhe nga dendësia e gazit.

Nën procesi termodinamik kuptojnë çdo ndryshim në gjendjen e sistemit termodinamik në shqyrtim, i karakterizuar nga një ndryshim në parametrat e tij termodinamikë. Procesi termodinamik quhet ekuilibri, nëse në këtë proces sistemi kalon nëpër një seri të vazhdueshme të gjendjeve të ekuilibrit termodinamikisht pafundësisht të afërta. Proceset reale të ndryshimit të gjendjes së një sistemi ndodhin gjithmonë me një shpejtësi të kufizuar dhe për këtë arsye nuk mund të jenë ekuilibër. Është e qartë, megjithatë, se procesi real i ndryshimit të gjendjes së sistemit do të jetë më afër ekuilibrit, aq më i ngadalshëm ndodh, prandaj procese të tilla quhen kuazi-statike.

Shembuj të proceseve më të thjeshta termodinamike janë proceset e mëposhtme:

a) procesi izotermik në të cilin temperatura e sistemit nuk ndryshon ( T= konst);

b) një proces izokorik që ndodh në një vëllim konstant të sistemit ( V= konst);

c) një proces izobarik që ndodh me presion konstant në sistem ( fq= konst);

d) një proces adiabatik që ndodh pa shkëmbim nxehtësie midis sistemit dhe mjedisit të jashtëm.

Le të shqyrtojmë veçoritë e sistemeve termodinamike. Zakonisht kuptohen si forma fizike makroskopike që përbëhen nga një numër i konsiderueshëm grimcash, të cilat nuk nënkuptojnë përdorimin e secilës grimcë individuale për të përshkruar karakteristikat makroskopike.

Nuk ka kufizime në natyrën e grimcave materiale që janë përbërësit përbërës të sistemeve të tilla. Ato mund të paraqiten në formën e molekulave, atomeve, joneve, elektroneve, fotoneve.

Veçoritë

Le të analizojmë karakteristikat dalluese të sistemeve termodinamike. Një shembull është çdo objekt që mund të vëzhgohet pa përdorimin e teleskopëve ose mikroskopëve. Për të dhënë një përshkrim të plotë të një sistemi të tillë, zgjidhen detaje makroskopike, falë të cilave është e mundur të përcaktohet vëllimi, presioni, temperatura, polarizimi elektrik, induksioni magnetik, përbërja kimike dhe masa e përbërësve.

Për çdo sistem termodinamik, ekzistojnë kufij të kushtëzuar ose real që i ndajnë ato nga mjedisi. Në vend të kësaj, shpesh përdoret koncepti i një termostati, i karakterizuar nga një kapacitet kaq i lartë i nxehtësisë që në rastin e shkëmbimit të nxehtësisë me sistemin e analizuar, treguesi i temperaturës mbetet i pandryshuar.

Klasifikimi i sistemit

Le të shqyrtojmë se cili është klasifikimi i sistemeve termodinamike. Në varësi të natyrës së ndërveprimit të tij me mjedisin, është zakon të dallohen:

• specie të izoluara që nuk shkëmbejnë as materie as energji me mjedisin e jashtëm;
• i izoluar adiabatikisht, duke mos shkëmbyer lëndën me mjedisin e jashtëm, por duke hyrë në një shkëmbim pune ose energjie;
• Sistemet e mbyllura termodinamike nuk kanë shkëmbim të materies, lejohen vetëm ndryshime në sasinë e energjisë;
• sistemet e hapura karakterizohen nga transferimi i plotë i energjisë dhe materies;
• ato pjesërisht të hapura mund të kenë ndarje gjysmë të përshkueshme, prandaj nuk marrin pjesë plotësisht në shkëmbimin e materialit.

Në varësi të përshkrimit, parametrat e një sistemi termodinamik mund të ndahen në opsione komplekse dhe të thjeshta.

Karakteristikat e sistemeve të thjeshta

Sistemet e thjeshta quhen gjendje ekuilibri, gjendja fizike e të cilave mund të përcaktohet nga vëllimi, temperatura dhe presioni specifik. Shembuj të sistemeve termodinamike të këtij lloji janë trupat izotropikë që kanë karakteristika të barabarta në drejtime dhe pika të ndryshme. Kështu, lëngjet, substancat e gazta, lëndët e ngurta që janë në një gjendje ekuilibri termodinamik nuk janë të ekspozuar ndaj forcave elektromagnetike dhe gravitacionale, tensionit sipërfaqësor dhe transformimeve kimike. Analiza e trupave të thjeshtë njihet në termodinamikë si e rëndësishme dhe e rëndësishme nga pikëpamja praktike dhe teorike.

Energjia e brendshme e një sistemi termodinamik të këtij lloji është e lidhur me botën përreth. Gjatë përshkrimit, përdoret numri i grimcave dhe masa e substancës së secilit përbërës individual.

Sisteme komplekse

Sistemet komplekse termodinamike përfshijnë sisteme termodinamike që nuk përfshihen në lloje të thjeshta. Për shembull, ato janë magnete, dielektrikë, trupa elastikë të ngurtë, superpërçues, ndërfaqe fazore, rrezatim termik dhe sisteme elektrokimike. Si parametra të përdorur për t'i përshkruar ato, ne vërejmë elasticitetin e sustës ose shufrës, ndërfaqen e fazës dhe rrezatimin termik.

Një sistem fizik është një grup në të cilin nuk ka ndërveprim kimik midis substancave brenda kufijve të temperaturës dhe presionit të zgjedhur për kërkime. Dhe sistemet kimike janë ato opsione që përfshijnë ndërveprimin midis përbërësve të tij individualë.

Energjia e brendshme e një sistemi termodinamik varet nga izolimi i tij nga bota e jashtme. Për shembull, si një variant i një guaskë adiabatike, mund të imagjinohet një balonë Dewar. Karakteri homogjen manifestohet në një sistem në të cilin të gjithë përbërësit kanë veti të ngjashme. Shembuj të tyre janë tretësirat e gazta, të ngurta dhe të lëngëta. Një shembull tipik i një faze homogjene të gaztë është atmosfera e Tokës.

Veçoritë e termodinamikës

Ky seksion i shkencës merret me studimin e modeleve bazë të proceseve që lidhen me çlirimin dhe thithjen e energjisë. Termodinamika kimike përfshin studimin e transformimeve të ndërsjella të pjesëve përbërëse të një sistemi, vendosjen e modeleve të kalimit të një lloji energjie në një tjetër në kushte të caktuara (presion, temperaturë, vëllim).

Sistemi që është objekt i hulumtimit termodinamik mund të përfaqësohet në formën e çdo objekti natyror, duke përfshirë një numër të madh molekulash që ndahen nga një ndërfaqe me objekte të tjera reale. Gjendja e një sistemi nënkupton tërësinë e vetive të tij, të cilat bëjnë të mundur përcaktimin e tij nga pikëpamja e termodinamikës.

konkluzioni

Në çdo sistem, vërehet një kalim nga një lloj energjie në tjetrin dhe vendoset ekuilibri termodinamik. Seksioni i fizikës që merret me studimin e detajuar të transformimeve, ndryshimeve dhe ruajtjes së energjisë është i një rëndësie të veçantë. Për shembull, në kinetikën kimike është e mundur jo vetëm të përshkruhet gjendja e një sistemi, por edhe të llogariten kushtet që kontribuojnë në zhvendosjen e tij në drejtimin e dëshiruar.

Ligji i Hess, i cili lidh entalpinë dhe entropinë e transformimit në shqyrtim, bën të mundur identifikimin e mundësisë së ndodhjes së një reaksioni spontan dhe llogaritjen e sasisë së nxehtësisë së çliruar (përthithur) nga një sistem termodinamik.

Termokimia, e bazuar në parimet e termodinamikës, ka një rëndësi praktike. Falë këtij seksioni të kimisë, në prodhim kryhen llogaritjet paraprake të efikasitetit të karburantit dhe mundësia e futjes së teknologjive të caktuara në prodhimin aktual. Informacioni i marrë nga termodinamika bën të mundur aplikimin e dukurive të elasticitetit, termoelektricitetit, viskozitetit dhe magnetizimit për prodhimin industrial të materialeve të ndryshme.