4. Другие виды емкости системы.

Рассмотренная здесь трактовка понятия емкости представля­ется наиболее простой, естественной и строгой. Однако на практике в термодинамике обычно используются две другие емкости - по отношению к энергии и работе, которые содержат много условностей. Например, емкость по отношению к энергии

C = dU/dP (64)

откуда

dU = CdP Дж,

условна в том смысле, что система и окружающая среда в процессе взаимодействия обмениваются между собой не энергией, а веществом. Энергия-мера, как и интенсиал, способна лишь изменяться в этом процессе.

В термодинамике выражение (64) обычно употребляется в следующем виде:

C = dU/dТ Дж/К, (65)

где

dU = CdТ Дж, (66)

В этих равенствах изменение энергии сопоставляется с изме­нением температуры, а величина С именуется теплоемкостью системы.

Понятие емкости по отношению к работе, то есть

C = dQ/dP (67)

откуда

dQ = CdP Дж,

носит еще более условный характер, чем понятие емкости по отношению к энергии. Это объясняется тем, что работа, как и энергия, не является субстратом обмена между системой и окружающей средой. Кроме того, понятие емкости естественно предполагает наличие у системы соответствующих запасов работы. Но применительно к работе бессмысленно говорить о запасах, то есть о содержании: работа не способна содер­жаться, она может только совершаться в процессе переноса определенного количества вещества через контрольную по­верхность, с окончанием этого процесса прекращается и работа. На практике емкость (67) обычно применяется только для термических явлений. При этом роль термической работы играет так называемое количество тепла dQ_Q . В соответствии с этим

C = dQ_Q/dТ Дж/К (68)

dQ_Q = CdТ Дж, (69)

Величина С называется теплоемкостью. В термодинамике имеет хождение также термин «теплосодержание», которым определяются либо запасы энергии в теле, либо энтальпия [ТРП, стр.117-118].

5. Специфическая мера качества, или структуры, вещества.

Вникнув достаточно глубоко в содержание понятия емкости, мы можем теперь на новой основе вернуться к обсуждению коэффициента состояния. Из предыдущего ясно, что емкость характеризует способность системы заполняться посторонним веществом, или, условно говоря, ее некие пустотные, полостные свойства. В качестве упомянутого выше грубого примера можно сослаться на капиллярно-пористое тело, объем пор которого, или пористость, определяет емкость тела, его спо­собность заполняться, например, влагой.

Следовательно, коэффициент состояния, обратный емкости, должен характеризовать прямо противоположные свойства системы - способность последней препятствовать проникно­вению в нее постороннего вещества, то есть фактическую заполненность собственным веществом, распространенность, или полноту, структуры этого вещества. В примере с капил­лярно-пористым телом коэффициент состояния допустимо сопоставлять с объемом вещества самого тела, этот объем не может быть заполнен влагой. Чем больше объем собствен­ного вещества, выше плотность упаковки структуры тела, тем меньше его емкость и больше коэффициент состояния.

Рассмотренные соображения позволяют довольно четко представить себе физический смысл коэффициента состояния и найти ему надлежащее место в системе взглядов ОТ. Очевидно, что коэффициент состояния есть не что иное, как мера качества, структуры вещества ансамбля (системы). Поэтому коэффициент состояния можно также назвать коэф­фициентом структуры, или просто структурой. И, следовательно, коэффициент структуры играет роль характеристики N₂ в урав­нении (15) применительно к ансамблю простых явлений (26), то есть

N₂ = А (70)

С каждым специфическим простым веществом сопряжена своя определенная совокупность основного и перекрестных коэффициентов структуры (см, формулы (55) и (56)). Следо­вательно, коэффициент структуры представляет собой специ­фическую меру качества вещества. Эта специфичность выра­жается в том, что система с l внутренними степенями свободы, состоящая из l простых веществ, имеет l² самостоятельных структурных характеристик, из которых l основных, а остальные перекрестные (коэффициенты взаимного влияния, или взаим­ности). Каждой их этих структур соответствует своя спе­цифическая емкость.

На этом круг главных количественных мер ОТ примени­тельно к ансамблю простых явлений замыкается: найдена последняя характеристика, она определяет структуру простого вещества. Согласно уравнениям (14), (15) и (26), всего таких мер четыре; все они, кроме энергии, специфические, вот эти меры:

N₁ = Е ; N₂ = A ; N₄ = U ; N₅ = Р (71)

Следовательно, система с l внутренними степенями свободы определяется l экстенсорами Е , причем функциями экстенсоров являются l ² структурных характеристик А , одна универсальная мера U - энергия и l интенсиалов Р . Ниже, однако, будет показано, что коэффициент А далеко не исчерпывает всех особенностей структуры, поэтому главная мера N₂ будет дополнена еще другой, равноправной с А характеристикой.

Таким образом, физический смысл мер, входящих в урав­нение ансамбля (26), более или менее прояснился: вместо неравенств (26) мы пришли к равенствам (71). Однако прежде чем продолжить анализ основного уравнения (31) с целью вывода оставшихся четырех начал ОТ и выяснения многих других важных свойств перечисленных характеристик, целесо­образно рассмотреть соотношения, с помощью которых можно находить величины А [ТРП, стр.118-120].