Состояние системы. Процесс.

Системой тел или просто системой называется совокупность рассматриваемых тел.

Всякая система может находиться в различных состояниях, отличающихся температурой, давлением, объемом и т. д. Подобные величины, характеризующие состояние системы, называются параметрами состояний.

Равновесие. Неравновесие.

Всякий процесс, т. е. переход системы из одного состояния в другое, связан с нарушением равновесия системы. Процесс, состоящий из непрерывной последовательности равновесных состояний, называется равновесным. Из сказанного следует, что равновесным может быть только бесконечно медленный процесс, поэтому равновесный процесс является абстракцией.

Понятия равновесного состояния и равновесного процесса играют большую роль в термодинамике. Все количественные выводы термодинамики строго применимы только к равновесным процессам.

Внутренняя энергия системы. Первое начало термодинамики. Элементарное количество теплоты и работы.

Внутренней энергией какого-либо тела называется энергия этого тела за вычетом кинетической энергии тела как целого и потенциальной энергии тела во внешнем поле силъ

Следовательно, в понятие внутренней энергии включаются кинетическая энергия хаотического движения молекул, потенциальная энергия взаимодействия между молекулами и внутримолекулярная энергия.

Внутренняя энергия системы тел равна сумме внутренних энергий каждого из тел в отдельности и энергии взаимодействия между телами, представляющей собой энергию межмолекулярного взаимодействия в тонком слое на границе между телами.

Внутренняя энергия является функцией состояния системы. Это означает, что всякий раз, когда система оказывается в данном состоянии, ее внутренняя энергия принимает присущее этому состоянию значение, независимо от предыстории системы. Внутренняя энергия может изменяться за счет в основном двух различных процессов: совершения над телом работы А' и сообщения ему количества тепла Q.

Совершение работы сопровождается перемещением внешних тел, воздействующих на систему.

Сообщение телу тепла не связано с перемещением внешних тел и, следовательно, не связано с совершением над телом макроскопической работы. В этом случае изменение внутренней энергии обусловлено тем, что отдельные молекулы более нагретого тела совершают работу над отдельными молекулами тела, нагретого меньше.

Первый закон: Q = U₂ – U₁ + A.

Уравнение выражает закон сохранения энергии и представляет собой содержание первого закона (начала) термодинамики.

При вычислении совершенной системой работы или полученного системой тепла обычно приходится разбивать рассматриваемый процесс на ряд элементарных процессов, каждый из которых соответствует весьма малому (в пределе – бесконечно малому) изменению параметров системы.

Уравнение для элементарного процесс имеетвид: dQ=dU+dA,

(95.4)

Работа, совершаемая телом при изменениях его объема.

Взаимодействие данного тела с соприкасающимися с ним телами можно охарактеризовать давлением, которое оно на них оказывает. Работа, совершаемая данным телом над внешними телами, может быть выражена через давление и изменение объема тела.

dA = pdV. (можно интегрировать в пределах в1 и в2)

А₁₂ = р(V₂- V₁).(для процесса)

Найденные выражения для работы справедливы при любых изменениях объема твердых, жидких и газообразных тел.

Иллюстрацией соотношения является рисунок слева, представляющий процесс изменения объема тела на диаграмме (р, V). Элементарной работе 'A_i = р_iV_i , соответствует площадь узкой заштрихованной полоски на графике. Очевидно, что площадь, ограниченная осью V, кривой p = f(V) и прямыми V₁, и V₂, численно равна работе, совершаемой при изменении объема от значения V₁ до V₂.