Термодинамічна система

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Термодинам́ічна сист́ема (англ. thermodynamic system) — об'єкт вивчення термодинаміки, сукупність матеріальних тіл, які перебувають у взаємодії з навколишніми тілами і можуть обмінюватися з ними енергією і частинками. Вона має межі, що відокремлюють її від навколишнього середовища, і ці межі можуть бути як реальними (газ у резервуарі, межа розділу фаз), так і чисто умовними у вигляді контрольної поверхні.

Загальний опис[ред.ред. код]

Термодинамічна система, між будь-якими частинами якої відсутні поверхні розділу, називається гомогенною. Якщо ж вона складається з окремих частин, розмежованих поверхнями розділу, — гетерогенною, однорідна частина якої називається фазою.

Термодинамічна система може енергетично взаємодіяти з навколишнім середовищем і з іншими системами, а також обмінюватися з ними речовиною.

Ключовим для опису термодинамічної системи є поняття термодинамічної рівноваги. Розрізняють рівноважний і нерівноважний стани термодинамічної системи. Рівноважним термодинамічним станом називають стан тіла чи системи, що не змінюється в часі без зовнішнього енергетичного впливу. При цьому зникають усякі макроскопічні зміни (дифузія, теплообмін, хімічні реакції), хоча тепловий (мікроскопічний) рух молекул не припиняється. Стан термодинамічної системи, при якому у всіх її частинах температура однакова, називають ізотермічним рівноважним станом.

У рівноважному стані термодинамічна система характеризується сталими температурою, хімічним складом і тиском.

Стан термодинамічної системи

Сукупність значень деякої кількості фізичних величин, що характеризує фізичні властивості тіла (системи тіл), визначає стан тіл (системи тіл) — є станом термодинамічної системи[1].

Основні термодинамічні параметри стану системи, що характеризують макроскопічний стан тіл: тиск, температура і {[питомий об'єм]] (p, T, v).

Класифікація[ред.ред. код]

Залежно від умов взаємодії з іншими системами розрізняють системи:

  • відкриту — за наявності обміну енергією та речовиною з іншими системами;
  • закриту — за відсутності обміну речовиною з іншими системами;
  • ізольовану — за відсутності обміну енергією й речовиною з іншими системами.

Ізольована термодинамічна система[ред.ред. код]

Ізольована термодинамічна система — ідеалізована термодинамічна система, яка не взаємодіє з навколишнім середовищем. Енергія та маса такої системи залишаються сталими, система не обмінюється з зовнішніми тілами ні енергією (у вигляді теплоти, випромінювання, роботи тощо), ні речовиною.

Розглядаються також умови часткової ізольованості. Так, адіабатично ізольована термодинамічна система не може обмінюватися з навколишнім середовищем теплотою, а механічно ізольована — роботою.

Поняття ізольованої системи корисно для наближеного опису реальних процесів та побудови їх математичних моделей. Так, розглядаючи процеси теплообміну в системі, що складається з кількох тіл, які спочатку мають різні температури (наприклад, система з води, льоду та металевої посудини), можна проігнорувати теплообміном цих речовин з навколишнім середовищем (з повітрям). Ізольована термодинамічна система незалежно від свого початкового стану із часом завжди приходить у стан рівноваги, з якого ніколи не може вийти самовільно.

Повністю ізольованих систем в природі не існує, але деяких з них можна умовно, протягом певного часу, вважати ізольованими. Ще однією причиною неможливості існування ізольованих систем є існування космічного реліктового випромінювання з температурою 2,7 K, яке є наслідком Великого Вибуху. Це випромінювання взаємодіє з усіма тілами Всесвіту.

Закрита термодинамічна система[ред.ред. код]

Закрита термодинамічна система — це термодинамічна система, яка не обмінюється своєю речовиною з навколишнім середовищем, але може обмінюватись енергією на відміну від ізольованої системи.

Закрита термодинамічна система може отримувати енергію від зовнішніх тіл, якщо над нею виконана робота або у вигляді теплоти. Аналогічно, вона віддає енергію, виконуючи роботу над зовнішніми тілами, або віддаючи тепло.

Відкрита термодинамічна система[ред.ред. код]

Відкрита термодинамічна система — термодинамічна система, яка може обмінюватися з навколишнім середовищем не тільки енергією, а й речовиною.

В стані термодинамічної рівноваги приток речовини до відкритої системи і витік речовини з неї зрівноважуються. В такому стані хімічний потенціал кожного роду частинок у системі вирівнюється.

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. Яворский Б. М., Селезнев Ю. А. Справочное реководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования. — 4-е изд., испр. — М.: Наука. — Гл. ред. физ-мат. лит., 1989–576 с. — ISBN 5-02-014031-7

Джерела[ред.ред. код]