Термодинамическая система и окружающая среда.
Уравнение состояния
При термодинамическом изучении какого-либо явления в качестве объекта исследования выделяется группа тел или единичное тело, или даже отдельные его части.
Термодинамической системой называется совокупность макроскопических материальных тел, являющихся объектом изучения и находящихся во взаимодействии как друг с другом, так и с окружающими их телами. Последние поэтому называют окружающей средой. Указанное взаимодействие заключается в общем случае в обмене теплотой и работой между термодинамической системой и окружающей средой. Этот обмен происходит через поверхности, ограничивающие систему и отделяющие ее от среды.
Если термодинамическая система не имеет никаких взаимодействий с окружающей средой, то ее называют изолированной или замкнутой системой.
Система, окруженная так называемой адиабатной оболочкой, исключающей теплообмен с окружающей средой, называется теплоизолированной или адиабатной системой.
Система, имеющая во всех своих частях одинаковый состав и физические свойства, называется однородной. Однородная термодинамическая система /как по составу, так и по физическому строению/, внутри которой нет поверхности раздела, называется гомогенной /например, лед, вода, газы/.
Система, состоящая из нескольких макроскопических частей с различными физическими свойствами, отделенных одна от другой видимыми поверхностями раздела, называется гетерогенной /например, лед и вода, вода и пар и др./
Гомогенные части системы, отделенные от остальных частей видимыми поверхностями раздела, называются фазами. В зависимости от числа фаз гетерогенные системы называются двухфазными и трехфазными /газообразное, жидкое, твердое состояния/.
Компонентом термодинамической системы называют всякое химически однородное вещество.
Термодинамическая система, занимающая определенный объем, находится в равновесном состоянии /равновесии/ в том случае, если параметры системы во всех частях этого объема, как бы малы они ни были, имеют одинаковые значения. Для такой равновесной системы может быть установлена определенная аналитическая зависимость между параметрами ее состояния. В самом общем случае эта зависимость имеет вид:
F(P, v, T) = 0, (1.7)
которое в термодинамике называют термическим уравнением состояния, а параметры P, v, T называются основными термическими параметрами термодинамической системы.
Термическому уравнению состояния можно придать следующий вид:
P = 1(v, T);
v = 2(P, T); (1.8)
T = 3(v, p),
свидетельствующий о том, что любой из параметров состояния системы является функцией остальных ее параметров. В термодинамике такие функции называются функциями состояния.
С математической точки зрения уравнение состояния (1.7) в пространственной ортогональной системе координат v-P-T является уравнением некоторой поверхности, называемой термодинамической. Все состояния термодинамической системы, подчиняющиеся уравнению (1.7), характеризуются точками, лежащими на термодинамической поверхности. Координаты отдельных точек, например, А, РА, vА, ТА определяют параметры системы в данном состоянии. Каждому равновесному состоянию термодинамической системы соответствует определенная точка на термодинамической поверхности.