I lang tid hadde fysikere og representanter for andre vitenskaper en måte å beskrive hva de observerer i løpet av sine eksperimenter. Mangelen på konsensus og tilstedeværelsen av et stort antall termer tatt «ut av det blå» førte til forvirring og misforståelser blant kolleger. Over tid fikk hver gren av fysikk sine etablerte definisjoner og måleenheter. Slik så termodynamiske parametere ut, og forklarer de fleste av de makroskopiske endringene i systemet.
Definition
Tilstandsparametere, eller termodynamiske parametere, er en rekke fysiske størrelser som sammen og hver for seg kan karakterisere det observerte systemet. Disse inkluderer konsepter som:
- temperatur og trykk;
- konsentrasjon, magnetisk induksjon;
- entropy;
- enthalpy;
- Gibbs og Helmholtz-energier og mange andre.
Velg intensive og omfattende parametere. Omfattende er de som er direkte avhengige av massen til det termodynamiske systemet, ogintensiv - som bestemmes av andre kriterier. Ikke alle parametere er like uavhengige, derfor, for å beregne likevektstilstanden til systemet, er det nødvendig å bestemme flere parametere samtidig.
I tillegg er det noen terminologiske uenigheter blant fysikere. Den samme fysiske egenskapen kan kalles av forskjellige forfattere enten en prosess, eller en koordinat, eller en mengde, eller en parameter, eller til og med bare en egenskap. Alt avhenger av innholdet som forskeren bruker det i. Men i noen tilfeller er det standardiserte anbefalinger som forfattere av dokumenter, lærebøker eller bestillinger må forholde seg til.
klassifisering
Det finnes flere klassifiseringer av termodynamiske parametere. Så, basert på første avsnitt, er det allerede kjent at alle mengder kan deles inn i:
- extensive (additiv) - slike stoffer overholder loven om tilsetning, det vil si at verdien deres avhenger av antall ingredienser;
- intense - de er ikke avhengige av hvor mye av stoffet som ble tatt for reaksjonen, siden de er på linje under interaksjonen.
Basert på forholdene som stoffene som utgjør systemet befinner seg under, kan mengdene deles inn i de som beskriver fasereaksjoner og kjemiske reaksjoner. I tillegg må egenskapene til reaktantene tas i betraktning. De kan være:
- termomekanisk;
- termofysisk;
- termokjemisk.
I tillegg til dette utfører ethvert termodynamisk system en viss funksjon, slik at parameterne kankarakterisere arbeidet eller varmen som produseres som et resultat av reaksjonen, og la deg også beregne energien som kreves for å overføre massen av partikler.
Statsvariabler
Tilstanden til ethvert system, inkludert termodynamisk, kan bestemmes av en kombinasjon av dets egenskaper eller egenskaper. Alle variabler som er fullstendig bestemt kun på et bestemt tidspunkt og ikke avhenger av nøyaktig hvordan systemet kom til denne tilstanden kalles termodynamiske tilstandsparametere (variabler) eller tilstandsfunksjoner.
Systemet anses som stasjonært hvis de variable funksjonene ikke endres over tid. En versjon av steady state er termodynamisk likevekt. Enhver, selv den minste endring i systemet, er allerede en prosess, og den kan inneholde fra én til flere variable termodynamiske tilstandsparametere. Sekvensen der tilstandene til systemet kontinuerlig går over i hverandre kalles "prosessbanen".
Dessverre er det fortsatt forvirring med begrepene, siden samme variabel kan være både uavhengig og et resultat av å legge til flere systemfunksjoner. Derfor kan termer som "tilstandsfunksjon", "tilstandsparameter", "tilstandsvariabel" betraktes som synonymer.
Temperature
En av de uavhengige parameterne for tilstanden til et termodynamisk system er temperatur. Det er en verdi som karakteriserer mengden kinetisk energi per enhet partikler itermodynamisk system i likevekt.
Hvis vi nærmer oss definisjonen av begrepet fra termodynamikkens synspunkt, så er temperaturen en verdi omvendt proporsjonal med endringen i entropien etter tilførsel av varme (energi) til systemet. Når systemet er i likevekt, er temperaturverdien den samme for alle dens "deltakere". Hvis det er en temperaturforskjell, avgis energien av en varmere kropp og absorberes av en kaldere.
Det finnes termodynamiske systemer der uorden (entropi) ikke øker, men snarere avtar når energi tilføres. I tillegg, hvis et slikt system samhandler med en kropp hvis temperatur er høyere enn dens egen, vil den gi fra seg sin kinetiske energi til denne kroppen, og ikke omvendt (basert på termodynamikkens lover).
Pressure
Trykk er en størrelse som karakteriserer kraften som virker på en kropp, vinkelrett på overflaten. For å beregne denne parameteren, er det nødvendig å dele hele mengden kraft med området til objektet. Enhetene til denne styrken vil være pascal.
Når det gjelder termodynamiske parametere, opptar gassen hele volumet som er tilgjengelig for den, og i tillegg beveger molekylene som utgjør den seg konstant tilfeldig og kolliderer med hverandre og med karet de befinner seg i.. Det er disse påvirkningene som bestemmer trykket av stoffet på veggene i fartøyet eller på kroppen som er plassert i gassen. Kraft forplanter seg likt i alle retninger nettopp på grunn av det uforutsigbaremolekylære bevegelser. For å øke trykket må du øke temperaturen i systemet, og omvendt.
Intern energi
De viktigste termodynamiske parameterne som avhenger av systemets masse inkluderer intern energi. Den består av den kinetiske energien som skyldes bevegelsen av molekylene til et stoff, samt av den potensielle energien som oppstår når molekylene interagerer med hverandre.
Denne parameteren er entydig. Det vil si at verdien av intern energi er konstant når systemet er i ønsket tilstand, uavhengig av hvilken vei det (tilstanden) ble nådd.
Det er umulig å endre den interne energien. Det er summen av varmen avgitt av systemet og arbeidet som det produserer. For noen prosesser tas andre parametere i betraktning, som temperatur, entropi, trykk, potensial og antall molekyler.
Entropy
Den andre loven i termodynamikken sier at entropien til et isolert system ikke avtar. En annen formulering postulerer at energi aldri går fra en kropp med lavere temperatur til en varmere. Dette nekter i sin tur muligheten for å lage en evighetsmaskin, siden det er umulig å overføre all energien som er tilgjengelig for kroppen til arbeid.
Selve begrepet "entropi" ble tatt i bruk på midten av 1800-tallet. Da ble det oppfattet som en endring i varmemengden til temperaturen i systemet. Men denne definisjonen gjelder kunprosesser som hele tiden er i likevekt. Av dette kan vi trekke følgende konklusjon: hvis temperaturen på legemene som utgjør systemet har en tendens til null, vil entropien også være lik null.
Entropi som en termodynamisk parameter for gasstilstanden brukes som en indikasjon på mål for tilfeldighet, tilfeldighet for partikkelbevegelse. Den brukes til å bestemme fordelingen av molekyler i et bestemt område og fartøy, eller for å beregne den elektromagnetiske kraften av interaksjon mellom ionene til et stoff.
Enthalpy
Entalpi er energien som kan omdannes til varme (eller arbeid) ved konstant trykk. Dette er potensialet til et system som er i likevekt hvis forskeren kjenner entropinivået, antall molekyler og trykket.
Hvis den termodynamiske parameteren til en ideell gass er indikert, i stedet for entalpi, brukes ordlyden "energi til det utvidede systemet". For å gjøre det lettere å forklare denne verdien for oss selv, kan vi forestille oss et kar fylt med gass, som er jevnt komprimert av et stempel (for eksempel en forbrenningsmotor). I dette tilfellet vil entalpien ikke bare være lik stoffets indre energi, men også arbeidet som må gjøres for å bringe systemet inn i den nødvendige tilstanden. Endring av denne parameteren avhenger bare av den opprinnelige og endelige tilstanden til systemet, og måten den mottas på spiller ingen rolle.
Gibbs Energy
Termodynamiske parametere og prosesser er for det meste assosiert med energipotensialet til stoffene som utgjør systemet. Dermed er Gibbs-energien ekvivalent med den totale kjemiske energien til systemet. Den viser hvilke endringer som vil skje i løpet av kjemiske reaksjoner og om stoffer i det hele tatt vil samhandle.
Endring av mengden energi og temperatur i systemet i løpet av reaksjonen påvirker begreper som entalpi og entropi. Forskjellen mellom disse to parameterne vil bli k alt Gibbs-energien eller isobarisk-isotermisk potensial.
Minsteverdien av denne energien observeres hvis systemet er i likevekt, og dets trykk, temperatur og mengde materie forblir uendret.
Helmholtz Energy
Helmholtz-energi (ifølge andre kilder - bare gratis energi) er den potensielle energimengden som vil gå tapt av systemet når det samhandler med kropper som ikke er inkludert i det.
Konseptet med Helmholtz fri energi brukes ofte til å bestemme hvilket maksim alt arbeid et system kan utføre, det vil si hvor mye varme som frigjøres når stoffer endres fra en tilstand til en annen.
Hvis systemet er i termodynamisk likevektstilstand (det vil si at det ikke fungerer noe), så er nivået av fri energi på et minimum. Dette betyr at endring av andre parametere, for eksempel temperatur,trykk, antall partikler forekommer heller ikke.
