1.2 . История развития термодинамики.

Физики 18-го и первой половины 19-го века рассматривали теплоту как особое невесомое вещество, содержащееся в телах. Оно не может быть ни создано, ни уничтожено. Опыты показали, что работа диссипативных сил всегда сопровождается выделением тепла. Принцип сохранения энергии остается справедливым и при наличии диссипативных сил, если только расширить понятие энергии введением новой формы ее, а именно внутренней энергии, называемой также (не совсем удачно) тепловой энергией. Это было сделано Р.Майером (1814-1878), Джоулем (1818 - 1889), Гельмгольцем(1821 - 1894) и другими учеными, с именами которых связывают открытие принципа сохранения энергии в его общефизическом смысле.

Термодинамика возникла в первой половине ХIХ века как теоретическая основа начавшей развиваться в то время теплотехники. Ее первоначальная задача сводилась к изучению закономерностей превращения тепла в механическую работу в тепловых двигателях и исследованию условий, при которых такое превращение является наиболее оптимальным. В дальнейшем термодинамика далеко вышла за пределы указанной технической задачи. Основным содержанием современной физической термодинамики является изучение закономерностей тепловой формы движения материи и связанных с ней физических явлений.

1.3. Основные понятия термодинамики.

При изучении явлений природы используются различные методы.

Укажем два исторически сложившихся метода:

1.Введение определенных представлений о строении вещества

построение на этой основе теории.

2.Построение теории на основе экспериментальных фактов.

Термодинамика относится к теориям второго типа.

Любое тело или группа тел, состоящих из множества частиц, называется макроскопической системой. Под термодинамическими параметрами подразумевают физические величины, характеризующие макроскопическое состояние тел.

1.3.1. Совокупность материальных тел, способных вступать во взаимодействие (обмениваться энергией и массой) между собой и с окружающей средой, называют термодинамической системой. Простейшей термодинамической системой является «чистое» вещество (однокомпонентная система). К многокомпонентным системам относятся растворы, газовые смеси, сплавы и др.

Если система не взаимодействует с окружающей средой, она называется изолированной. Система может быть изолированной, но отдельные ее части (подсистемы) могут взаимодействовать между собой.

Система называется закрытой, если ее масса остается неизменной, т.е. m=const . Система может быть закрыта, но масса отдельных ее частей может изменяться (например, при фазовом переходе жидкость-пар). Системы с переменной массой называются открытыми.

Термодинамическое состояние системы определяется всей совокупностью ее свойств. Если изменяется хотя бы одно из свойств, изменяется и состояние системы.

Величины, характеризующие систему принято подразделять на экстенсивные и интенсивные. Экстенсивными называются величины, зависящие от количества вещества в системе (полный объем системы, энтропия всей системы).

Величины, не зависящие от количества вещества в системе, называются интенсивными (к ним могут быть отнесены: давление, температура, плотность, удельная теплоемкость и др.)

1.3.2. Если при заданных условиях сопряжения с окружающей средой состояние системы во времени не меняется, оно называется равновесным.

Система называется однородной (гомогенной), если во всех ее частях интенсивные свойства одинаковы.

Однородная часть неоднородной (гетерогенной) системы называется фазой.

Термодинамические свойства кроме разделения на экстенсивные и интенсивные можно классифицировать другими способами. Обычно различают термические и калорические свойства (величины).

К термическим свойствам (величинам) относятся: давление Р, объем V, температура Т, а так же термические коэффициенты (изотермический коэффициент сжимаемости α, коэффициент объемного расширения β, термический коэффициент давления γ).

К калорическим свойствам относятся следующие основные термодинамические величины: энтропия S, внутренняя энергия U,

энтальпия H, свободная энергия F, изобарно - изотермический потенциал Z,

теплоемкость C.

В термодинамике мы часто встречаемся с понятиями внешних и внутренних параметров. Это разделение вполне естественно: внутренние параметры характеризуют изучаемую систему, а внешние - окружающие тела. Например, для газа, заключенного в цилиндре, объем - внешний параметр (т. к. он зависит от размеров цилиндра), а давление газа на стенки цилиндра - внутренний параметр.

Термодинамические параметры можно разделить на величины, которые имеют и термодинамический и механический смысл (объем, давление, энергия), и величины, которые имеют только статистический смысл (температура).

1.3.3. Любые термодинамические параметры могут быть выбраны в качестве независимых переменных. В термодинамической системе изменение хотя бы одного из его термодинамических параметров приводит к термодинамическим процессам.

Равновесные процессы - это процессы, при котором система проходит через ряд равновесных состояний, т.е. за конечный промежуток времени термодинамический параметр меняется на бесконечно малую величину.

Неравновесные процессы - это такие процессы, при которых за конечный промежуток времени происходит конечное изменение параметров системы, и, следовательно, равновесие системы нарушается.

Состояние системы зависит и от внутренних и от внешних параметров. Величины, однозначно определяемые заданием этих параметров, называются функциями состояния.