Основные понятия термодинамики

Термодинамика – наука о температуре, теплоте и превращениях теплоты и работы друг в друга.

В основе термодинамики лежит небольшое число основных законов.

Термодинамика устанавливает связь между самыми разнообразными свойствами вещества, позволяет на основании изучения одних, легко измеряемых величин, вычислять другие, важные и необходимые, но трудно измеримые или недоступные непосредственному измерению.

Термодинамика изучает состояние системы – некоторого определенного количества вещества. Обязательное условие: система должна быть конечной.

Состояние системы – это совокупность ее свойств. Изменилось состояние системы – изменились и значения ее свойств. Изменение свойств не зависит от пути перехода системы из начального состояния в конечное (вода может получиться изо льда и из пара).

Изменение состояния системы называется процессом.

Термодинамика изучает процессы, в которых система не обменивается веществом с окружающей средой, но может обмениваться теплотой и работой. Такая система называется закрытой.

Среди множества процессов некоторые, наиболее простые, имеют особо важное значение для термодинамики.

Изотермические процессы протекают при постоянной температуре, например, таяние льда, превращение воды в пар, углекислого газа – в сухой лед. Почти все процессы в организме протекают при постоянной температуре.

Адиабатические процессы протекают без обмена теплом с окружающей средой.

Часто адиабатическим путем протекают очень быстрые процессы, когда система не успевает обменяться теплом с окружающей средой.

И при изотермических, и при адиабатических процессах система взаимодействует с окружающей средой. При изотермических процессах система, совершая работу или изменяя состояние, поглощает из окружающей среды теплоту – ровно столько теплоты, что температура внутри системы остается постоянной. При адиабатических процессах система взаимодействует с окружающим миром, совершая работу.

Важнейшими величинами, изучаемыми в термодинамике, являются количество вещества (m), его объем (V), давление (p) и температура (T). Любую из них можно рассчитать по уравнению состояния, если известны три остальные величины: F (m, v, p, T) = 0.

Состояние газа определяется только условиями в данный момент, но не зависит от начальных условий, что резко отличает газ от любых механических систем. Для газа в отличие от механических систем нельзя установить непосредственной связи между состояниями в разные моменты времени.

Свойства системы молекул не сводимы со свойствами отдельных молекул.

Уравнение состояния идеальных газов