Класифікація термодинамічних систем

Класифікація термодинамічних систем

Розгляньмо особливості термодинамічних систем. Під ними прийнято розуміти фізичні макроскопічні форми, що складаються зі значної кількості частинок, які не передбачають використання для опису макроскопічних показників кожної окремої частинки.

Немає обмежень у природі матеріальних частинок, які є складовими компонентами таких систем. Вони можуть бути представлені у вигляді молекул, атомів, іонів, електронів, фотонів.

Особливості

Проаналізуємо відмінні характеристики термодинамічних систем. Як приклад можна навести будь-який предмет, який можна спостерігати без використання телескопів, мікроскопів. Щоб дати повноцінний опис такій системі, підбирають макроскопічні деталі, завдяки яким можна визначити обсяг, тиск, температуру, електричну поляризацію, величину магнітної індукції, хімічний склад, масу компонентів.

Для будь-яких термодинамічних систем існують умовні або реальні межі, які відокремлюють їх від навколишнього середовища. Замість неї часто використовують поняття термостата, що характеризується такою високою величиною теплоємності, що в разі теплообміну з аналізованою системою температурний показник зберігає незмінне значення.

Класифікація систем

Розгляньмо, що являє собою класифікація термодинамічних систем. Залежно від характеру взаємодії її з навколишнім середовищем, прийнято виділяти:

  • ізольовані види, які не обмінюються ні речовиною, ні енергією із зовнішнім середовищем;
  • адіабатично ізольовані, які не здійснюють обміну із зовнішнім середовищем речовиною, але вступають в обмін роботою або енергією;
  • у закритих термодинамічних систем немає обміну речовиною, допускається тільки зміна величини енергії;
  • відкриті системи характеризуються повною передачею енергії, речовини;
  • частково відкриті можуть мати напівпроникні перегородки, тому не повною мірою брати участь у матеріальному обміні.

Залежно від опису, параметри термодинамічної системи можуть розділятися на складні та прості варіанти.

Особливості простих систем

Простими системами називають рівноважні стани, визначити фізичний стан яких можна питомим об 'ємом, температурою, тиском. Приклади термодинамічних систем подібного типу - ізотропні тіла, що мають рівні характеристики в різних напрямках і точках. Так, рідини, газоподібні речовини, тверді тіла, які знаходяться в стані термодинамічної рівноваги, не піддаються впливу електромагнітних і гравітаційних сил, поверхневого натягнення, хімічних перетворень. Аналіз простих тіл визнано в термодинаміці важливим і актуальним з практичної і теоретичної точки зору.

Внутрішня енергія термодинамічної системи такого виду пов 'язана з навколишнім світом. При описі використовують число частинок, масу речовини кожного окремого компонента.

Складні системи

До складних відносять термодинамічні системи, які не потрапляють під прості види. Наприклад, ними є магнетики, діелектрики, тверді пружні тіла, надпровідники, поверхні розділу фаз, теплове випромінювання, електрохімічні системи. Як параметри, що використовуються для їх опису, відзначимо упругість пружини або стрижня, поверхню фазового розділу, теплове випромінювання.

Фізичною системою називають таку сукупність, в якій немає хімічної взаємодії між речовинами в межах показників температури, тиску, обраних для дослідження. А хімічними системами називають ті варіанти, які передбачають взаємодію між її окремими компонентами.

Внутрішня енергія термодинамічної системи залежить від наявності ізоляції її з навколишнім світом. Наприклад, як варіант адіабатичної оболонки, можна уявити посудину Дьюара. Гомогенний характер проявляється у системи, в якій всі компоненти мають схожі властивості. Прикладами їх служать газові, тверді, рідкі розчини. Типовим прикладом газової гомогенної фази є атмосфера Землі.

Особливості термодинаміки

Даний розділ науки займається вивченням основних закономірностей протікання процесів, які пов 'язані з виділенням, поглинанням енергії. У хімічній термодинаміці передбачається вивчення взаємних перетворень складових частин системи, встановлення закономірностей переходу одного виду енергії в інший за заданих умов (тиску, температурі, обсязі).

Система, що є об 'єктом термодинамічного дослідження, може бути представлена у вигляді будь-якого об' єкта природи, що включає в себе велику кількість молекул, які відокремлені кордоном розділу з іншими реальними об 'єктами. Під станом системи передбачають сукупність її властивостей, які дозволяють визначати її з позицій термодинаміки.

Ув 'язнення

У будь-якій системі спостерігається перехід одного виду енергії в інший, встановлюється термодинамічна рівновага. Розділ фізики, який займається детальним вивченням перетворень, змін, збережень енергії, має особливе значення. Наприклад, у хімічній кінетиці можна не просто описати стан системи, а й розрахувати умови, що сприяють її зміщенню в потрібному напрямку.

Закон Гесса, що пов 'язує ентальпію, ентропію розглянутого перетворення, дає можливість виявляти можливість мимовільного протікання реакції, розраховувати кількість теплоти, що виділяється (поглинається) термодинамічною системою.

Термохімія, що базується на основах термодинаміки, має практичне значення. Завдяки даному розділу хімії, на виробництві проводять попередні розрахунки ефективності палива та доцільності впровадження певних технологій у реальне виробництво. Відомості, одержувані з термодинаміки, дають можливість застосовувати явища пружності, термоелектрики, в 'язкості, намагнічування для промислового виробництва різних матеріалів.