15. Термодинамическая система. Её свойства и функции состояния.

Термодинамической системой (ТДС) можно считать любую совокупность материальных тел, взаимодействующих потоками энергии и вещества друг с другом и с телами внешней среды.

Присутствие обеих субстанций во внешних взаимодействиях характеризует ТДС как открытую.

Если через границу проникает лишь энергия, то ТДС считается изолированной. Идеальная теплоизолированная ТДС носит название адиабатной.

Отсутствие какого-либо граничного взаимодействия свойственно закрытой ТДС.

Свойства:

-Давление р — макроскопическая характеристика, отражающая молекулярную природу жидкости или газа. Давление численно равно силе воздействия молекул на некоторую поверхность, отнесённую к величине этой поверхности. Значение давления пропорционально числу молекул, их массе и скорости перемещения. Единица измерения давления  — паскаль (Па), 1 Па = = 1 н/м², где н (ньютон) — единица силы.

-Температура t — физическая величина, характеризующая степень нагретости тела, °С. Она выступает как мера интенсивности теплового движения молекул. Термодинамическая (абсолютная) температура Т, К, отсчитывается по шкале Кельвина: Т = t + 273,15.

-Удельный объём v — это объём единицы массы вещества, м³/кг. Обратную удельному объёму величину называют плотностью: , кг/м³.

Функции состояния:

внутренняя энергия U, определяемая как сумма кинетической, потенциальной и внутриядерной энергий частиц, а также энергии электронных оболочек атома: U = K + П.

Здесь кинетическая энергия частиц К является функцией температуры Т, а потенциальная П – занимаемого газом объёма V.

Если термодинамические параметры р, v, Т одинаковы во всех точках ТДС и неизменны во времени, то такое её состояние называется равновесным.

Изменение состояния (хотя бы одного из параметров) ТДС во времени называется термодинамическим процессом (ТП).

ТДС, выведенная из состояния равновесия, может под действием градиентов параметров р, v, Т самопроизвольно вернуться к равновесию. Такой ТП получил название релаксация.

Если при релаксации не происходит взаимодействия с телами внешней среды, то ТП называют обратимым, если да, то — необратимым.

Если релаксация протекает медленно, то ТП называют равновесным, если быстро, то — неравновесным.

Равновесный процесс обычно представляется как непрерывный ряд последовательно проходимых состояний равновесия; в каждом из них справедливо классическое уравнение состояния системы:

f(р, v, T) = 0.

16. Механические и тепловые взаимодействия. Внутренняя энергия, теплота и работа.

Механическое взаимодействие - превращение изменения движения одного предмета в изменение движения другого: один предмет передает движение другому. Тепловое взаимодействие приводит не к изменению степени нагретости тел, а к изменению их агрегатного состояния, или фазы.

Типичный термодинамический процесс – расширение (сжатие) рабочего тела, например газа в цилиндре поршневого компрессора. Такой процесс характеризуется работой, т. е. затратой или выделением механической энергии. Работа определяется произведением приложенной к рабочему телу силы на путь её действия.В рассматриваемом случае можно написать для бесконечно малого перемещения на единицу массы (кг) рабочего тела dl=pdv. Работа всегда связана с организованным перемещением макроскопических тел в пространстве. Поэтому она характеризует упорядоченную (макрофизическую) форму передачи энергии. Помимо работы существует и другая, микрофизическая форма передачи энергии, осуществляемая на молекулярном (неупорядоченном) уровне взаимодействия системы и окружающей среды за счёт разности их температур. Здесь происходит обмен энергией, а не работа. Мерой количества энергии, переданной без совершения работы, служит теплота q, Дж/кг). Естественным путём теплота всегда передаётся от более нагретого тела к менее нагретому телу. Такой ТДП получил название самопроизвольный. Теплота, работа и внутренняя энергия — энергетические характеристики, Внутренняя энергия — это свойство самой системы, одна из характеристик её состояния. Теплота и работа — это характеристики процессов теплового и механического взаимодействий системы с окружающей средой.