8.4. Функция состояния

Состояние системы, как вам уже известно, определяется совокупностью независимых макроскопических параметров. Термодинамическими параметрамиилитермодинамическими величинаминазываются только те параметры, которые характеризуют систему в ее термодинамическом равновесии. Универсальным отличительным признаком термодинамических величин является их статус быть функциями состояния или не являться таковыми.

Величины, не зависящие от предыстории системы и полностью определяемые её состоянием в данный момент, т.е. совокупностью не зависимых параметров, называются функциями состояния. Естественно, что каждый из независимых параметров является сам функцией состояния системы. Например, температураили давление.

Определение статуса величин, зависящих от двух параметров, требует проведения специального анализа или диагностики, исходя из физических признаков и математических свойств этих величин. Физические признаки мы сформулируем на основе приведенного выше определения функции состояния и представления о термодинамических процессах. Итак, функция состояния обладает следующими признаками: она однозначно определяет состояние системы, т.е. её значение не зависит от вида процесса, с помощью которого система приведена в данное состояние, поэтому её изменение в циклическом процессе равно нулю.

Математические свойства функции состояния

Бесконечно малое приращение функции состояния является полным дифференциалом

Полный дифференциал можно представить в форме

где

Кроме того, должно выполняться равенство

Оно является необходимым и достаточным условием утверждения (8.1).

Далее мы рассмотрим важнейшие исходные термодинамические величины, дадим им микроскопическую и макроскопическую трактовку, а также определим их статус.

8.5. Внутренняя энергия системы. Работа и теплота Внутренняя энергия

Микроскопическая трактовка внутренней энергии системы была нами дана в первой части лекционного курса (см. 7.1-7.2) на примере идеальных систем. Обобщим эти представления на реальные системы.

Внутренняя энергия системы равна сумме кинетической энергии движения молекул и составляющих их частей и потенциальной энергии взаимодействия между молекулами и атомами внутри молекул.

К внутренней энергии не относятся потенциальная энергия молекул во внешнем силовом поле и кинетическая энергия центра масс системы.

В термодинамической (макроскопической) трактовке внутренняя энергия является внутренним параметром системы и согласно нулевому началу зависит от внешних параметров и температуры. Если кроме объема других внешних параметров нет, то внутренняя энергия системызависит от ее температурыи занимаемого ею объема.

Для идеальной системы (системы без межмолекулярного взаимодействия) зависит только от. Например, для идеального двухатомного газа в широком диапазоне температур молярная величина.

Внутренняя энергия обладает всеми признаками и математическими свойствами, определенными в 8.4., поэтому внутренняя энергия есть функция состояния системы.