Термодинамика

Термодинамика – это наука о тепловых явлениях, в которой не учитывается молекулярное строение тел.

Основа термодинамического метода – определение состояния термодинамической системы, представляющей собой совокупность макроскопических тел, которые взаимодействуют и обмениваются энергией как между собой, так и с другими телами (внешней средой). Состояние системы задается термодинамическими параметрами: температура, давление и удельный объем (объем единицы массы).

Основные положения молекулярно-кинетических представлений.

1. Любое тело – твердое, жидкое или газообразное – состоит из большого числа малых частиц – молекул;

2. Молекулы всякого вещества находятся в беспорядочном, хаотическом, не имеющем какого-либо преимущественного направления, движения;

3. Интенсивность, определяемая скоростью движения молекул, зависит от температуры вещества.

Количественным воплощением молекулярно-кинетических представлений служат опытные газовые законы (Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Авогадро, Дальтона), уравнение Клайперона-Менделеева, основное уравнение кинетической теории идеального газа, закон Максвелла для распределения молекул и т.д.

Из основного уравнения молекулярно-кинетической теории выт екает, что средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы прямо пропорциональна его термодинамической температуре и зависит только от нее.

Всякая термодинамическая система в любом состоянии обладает внутренней энергией – энергией теплового (поступательного, вращательного и колебательного) движения молекул и потенциальной энергией их взаимодействия.

Возможны два способа изменения внутренней энергии термодинамической системы при ее взаимодействии с внешними телами: путем совершения работы и путем теплообмена.

Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии) – одна из формулировок – количество теплоты, сообщенное телу, идет на увеличение его внутренней энергии и на совершение телом работы. Из этого закона следует вывод о невозможности вечного двигателя первого рода.

Термодинамические процессы необратимы. Т.е., если реализуется какой-либо термодинамический процесс, то обратный процесс, при котором проходятся те же тепловые состояния, практически невозможен.

Всякая предоставленная самой себе система стремится перейти в состояние термодинамического равновесия, в которой тела находятся в состоянии покоя по отношению друг к другу, обладая одинаковыми температурами и давлением. В системе тел, находящихся в термодинамическом равновесии, без внешнего вмешательства невозможны никакие реальные процессы. Следовательно, с помощью равновесной термодинамической системы невозможно совершить никакой работы. В этом состоит сущность второго закона термодинамики. Этот закон исключает возможность создания вечного двигателя второго рода.

Количественной характеристикой теплового состояния тела является число микроскопических способов, с помощью которых это состояние может быть достигнуто. Это число называется статистическим весом состояния (Г). Тело, предоставленное самому себе, стремится перейти в состояние с большим статистическим весом. Принято пользоваться не самим числом Г, а его логарифмом: S= k·ln Г, который называют энтропией тела. Понятие энтропии в термодинамике было введено для определения меры необратимого рассеяния энергии. Энтропия определяет характер процессов в адиабатических условиях: возможны только такие процессы, при которых энтропия либо остается неизменной (обратимые процессы), либо возрастает (необратимые процессы).

В современной физике второй закон термодинамики формулируется как закон, закон возрастания энтропии: для всех происходящих в замкнутой системе тепловых процессов энтропия системы возрастает. Максимально возможное значение энтропии замкнутой системы достигается в тепловом равновесии.

Закон возрастания энтропии имеет статистически-вероятностный характер и выражает постоянную тенденцию системы к переходу в более вероятное состояние. Энтропия – величина аддитивная, она пропорциональна числу частиц в системе. Поэтому для системы с большим количеством частиц второй закон термодинамики имеет не вероятностный, а достоверный характер.