2018-01-21
721
Состояния системы. Уравнения состояния системы.
Если система допускает n взаимодействий различного рода, то она имеет n термодинамических степеней свободы, и для такой системы можно записать совокупность из 2 n физических величин (координат и потенциалов), называемых термодинамическими параметрами состояния системы.
Координатой состояния системы называется величины, которая всегда изменяются при наличии данного взаимодействия, и остается постоянной при его отсутствии. Другими словами, координата состояния системы – это индикатор наличия или отсутствия данного взаимодействия.
Изменение координаты свидетельствует о протекании соответствующего процесса. xk – общее обозначение координаты состояния при k-ом взаимодействии.
Потенциал – это величина, разность которой у системы и окружающей среды вызывает процесс. Pk -общее обозначение потенциала при k-том взаимодействии (не путать с давлением p!).
Каждому взаимодействию данного рода соответствуют своя координата и свой потенциал
Термодеформационная система допускает тепловое и деформационное взаимодействия,поэтому у нее n = 2, а общее количество термодинамических параметров состояния такой системы равно 4.
Термодинамические параметры состояния термодеформационной системы:
| Класс термодинамических параметров | Тепловое(термическое) взаимодействие | Механическое(деформационное) взаимодействие |
| Координаты | S | v |
| Потенциалы | T | -p |
Знак минус у давления (-p) в этой таблице объясняется существующим правилом знаков для потенциалов.
Процессы, при протекании которых один из термодинамических параметров поддерживается постоянными, называются простейшими илиизопроцессами.
Термодеформационная система может совершать 4 изопроцесса: изобарный (P=Const), изотермический (T=Const), изохорный (v=Const) и изоэнтропный(S=Const).
Адиабатическими (адиабатными) называются процессы, идущие без теплообмена между системой и окружающей средой. Условие адиабатичности процесса: dQ=0.
Для обратимых процессов выполняется уравнение dQ=TdS,
из которого при dQ=0 следует S=Const.
Таким образом ,обратимые адиабатные процессы являются процессами изоэнтропными ( S=Const).
Уравнение состояния термодеформационной системы в общем виде.
Входе развития термодинамики установлено, что каждый из потенциалов системы является однозначной функцией всей совокупности координат состояния системы, то есть
| P k = P k(x 1, x 2,…, x n) |
Это уравнение называется уравнением состояния системы в общем виде.
Для термодеформационной системы возможны два таких уравнения:
T = T (S, v) и p = p (S, v).
Так энтропия приборными средствами не определяется, то желательно иметь уравнение состояния,не содержащееэнтропию. Выразим S из первого уравнения, подставим во второе и окончательно получим уравнение состояния термодеформационной системы в общем виде:
| F (p, T, v) = 0 |
где F- некоторая функциональная связь между p, T, vи константами.
Математический аппарат классической термодинамики вследствие еемакроскопичности не позволяет получить конкретный вид этойфункциональной связи и поэтомуприходится заимствоватьего у других наук. Так из физики известно уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона).
