Dolgo časa so imeli fiziki in predstavniki drugih znanosti način opisovanja tega, kar opazijo med svojimi poskusi. Pomanjkanje soglasja in prisotnost velikega števila izrazov, vzetih "iz jasnega", sta povzročila zmedo in nesporazume med kolegi. Sčasoma je vsaka veja fizike dobila svoje ustaljene definicije in merske enote. Tako so se pojavili termodinamični parametri, ki pojasnjujejo večino makroskopskih sprememb v sistemu.
Definicija
Parametri stanja ali termodinamični parametri so številne fizikalne količine, ki skupaj in vsaka posebej lahko označujejo opazovani sistem. Ti vključujejo koncepte, kot so:
- temperatura in tlak;
- koncentracija, magnetna indukcija;
- entropija;
- enthalpija;
- Energije Gibbsa in Helmholtza ter mnoge druge.
Izberite intenzivne in obsežne parametre. Obsežne so tiste, ki so neposredno odvisne od mase termodinamičnega sistema, inintenzivni - ki jih določajo drugi kriteriji. Vsi parametri niso enako neodvisni, zato je za izračun ravnotežnega stanja sistema potrebno določiti več parametrov hkrati.
Poleg tega obstaja nekaj terminoloških nesoglasij med fiziki. Enako fizično značilnost lahko različni avtorji imenujejo bodisi proces, bodisi koordinata, ali količina, ali parameter ali celo samo lastnost. Vse je odvisno od vsebine, v kateri jo znanstvenik uporablja. Toda v nekaterih primerih obstajajo standardizirana priporočila, ki se jih morajo upoštevati pripravljavci dokumentov, učbenikov ali naročil.
Razvrstitev
Obstaja več klasifikacij termodinamičnih parametrov. Torej, na podlagi prvega odstavka je že znano, da lahko vse količine razdelimo na:
- extensive (aditiv) - takšne snovi upoštevajo zakon dodajanja, to pomeni, da je njihova vrednost odvisna od števila sestavin;
- intenzivne - niso odvisne od tega, koliko snovi je bilo vzeto za reakcijo, saj so med interakcijo poravnane.
Na podlagi pogojev, v katerih se nahajajo snovi, ki sestavljajo sistem, lahko količine razdelimo na tiste, ki opisujejo fazne reakcije in kemične reakcije. Poleg tega je treba upoštevati lastnosti reaktantov. Lahko so:
- termomehanski;
- termofizični;
- termokemikalija.
Poleg tega vsak termodinamični sistem opravlja določeno funkcijo, tako da lahko parametrikarakterizira delo ali toploto, ki nastane kot posledica reakcije, in vam omogoča tudi izračun energije, potrebne za prenos mase delcev.
Spremenljivke stanja
Stanje katerega koli sistema, vključno s termodinamičnim, je mogoče določiti s kombinacijo njegovih lastnosti ali značilnosti. Vse spremenljivke, ki so popolnoma določene le v določenem trenutku in niso odvisne od tega, kako natančno je sistem prišel v to stanje, se imenujejo termodinamični parametri stanja (spremenljivke) ali funkcije stanja.
Sistem se šteje za stacionarnega, če se spremenljive funkcije sčasoma ne spremenijo. Ena različica stabilnega stanja je termodinamično ravnotežje. Vsaka, tudi najmanjša sprememba v sistemu je že proces in lahko vsebuje od enega do več spremenljivih parametrov termodinamičnega stanja. Zaporedje, v katerem stanja sistema neprekinjeno prehajajo druga v drugo, se imenuje "procesna pot".
Na žalost še vedno prihaja do zmede z izrazi, saj je lahko ista spremenljivka neodvisna in rezultat dodajanja več sistemskih funkcij. Zato lahko izraze, kot so "funkcija stanja", "parameter stanja", "spremenljivka stanja", štejemo za sopomenke.
temperatura
Eden od neodvisnih parametrov stanja termodinamičnega sistema je temperatura. To je vrednost, ki označuje količino kinetične energije na enoto delcev vtermodinamični sistem v ravnotežju.
Če k definiciji pojma pristopimo z vidika termodinamike, potem je temperatura vrednost, obratno sorazmerna s spremembo entropije po dodajanju toplote (energije) sistemu. Ko je sistem v ravnotežju, je vrednost temperature enaka za vse njegove "udeležence". Če je temperaturna razlika, potem energijo oddaja bolj vroče telo in absorbira hladnejše.
Obstajajo termodinamični sistemi, pri katerih se z dodajanjem energije motnja (entropija) ne poveča, ampak se zmanjša. Poleg tega, če tak sistem sodeluje s telesom, katerega temperatura je višja od njegove lastne, potem bo temu telesu dal svojo kinetično energijo in ne obratno (na podlagi zakonov termodinamike).
pritisk
Tlak je količina, ki označuje silo, ki deluje na telo, pravokotno na njegovo površino. Za izračun tega parametra je potrebno celotno količino sile deliti s površino predmeta. Enote te sile bodo paskali.
V primeru termodinamičnih parametrov plin zaseda celotno prostornino, ki mu je na voljo, poleg tega pa se molekule, ki ga sestavljajo, nenehno naključno gibljejo in trčijo med seboj in v posodo, v kateri se nahajajo.. Prav ti udarci določajo pritisk snovi na stene posode ali na telo, ki je postavljeno v plin. Sila se ravno zaradi nepredvidljivega širi enako v vse smerimolekularna gibanja. Če želite povečati tlak, morate povečati temperaturo sistema in obratno.
Notranja energija
Glavni termodinamični parametri, ki so odvisni od mase sistema, vključujejo notranjo energijo. Sestavljen je iz kinetične energije zaradi gibanja molekul snovi, pa tudi iz potencialne energije, ki se pojavi, ko molekule medsebojno delujejo.
Ta parameter je nedvoumen. To pomeni, da je vrednost notranje energije konstantna, kadar koli je sistem v želenem stanju, ne glede na to, na kakšen način je bil dosežen (stanje).
Notranje energije je nemogoče spremeniti. Je vsota toplote, ki jo oddaja sistem, in dela, ki ga proizvede. Pri nekaterih procesih se upoštevajo drugi parametri, kot so temperatura, entropija, tlak, potencial in število molekul.
entropija
Drugi zakon termodinamike pravi, da se entropija izoliranega sistema ne zmanjša. Druga formulacija domneva, da energija nikoli ne preide iz telesa z nižjo temperaturo v toplejše. To pa zanika možnost ustvarjanja večnega motorja, saj je nemogoče vso energijo, ki je na voljo telesu, prenesti v delo.
Sam koncept "entropije" je bil uveden v uporabo sredi 19. stoletja. Nato so to zaznali kot spremembo količine toplote na temperaturo sistema. Toda ta definicija velja samo zaprocesi, ki so nenehno v ravnovesju. Iz tega lahko sklepamo: če se temperatura teles, ki sestavljajo sistem, nagiba k nič, potem bo tudi entropija enaka nič.
Entropija kot termodinamični parameter plinskega stanja se uporablja kot indikacija mere naključnosti, naključnosti gibanja delcev. Uporablja se za določanje porazdelitve molekul na določenem območju in posodi ali za izračun elektromagnetne sile interakcije med ioni snovi.
Enthalpija
Entalpija je energija, ki se lahko pretvori v toploto (ali delo) pri konstantnem tlaku. To je potencial sistema, ki je v ravnotežju, če raziskovalec pozna raven entropije, število molekul in tlak.
Če je naveden termodinamični parameter idealnega plina, se namesto entalpije uporabi beseda "energija razširjenega sistema". Da si to vrednost lažje razložimo, si lahko predstavljamo posodo, napolnjeno s plinom, ki ga enakomerno stisne bat (na primer motor z notranjim zgorevanjem). V tem primeru bo entalpija enaka ne le notranji energiji snovi, temveč tudi delu, ki ga je treba opraviti, da sistem spravimo v zahtevano stanje. Spreminjanje tega parametra je odvisno samo od začetnega in končnega stanja sistema in način, na katerega bo sprejet, ni pomemben.
Gibbsova energija
Termodinamični parametri in procesi so večinoma povezani z energijskim potencialom snovi, ki sestavljajo sistem. Tako je Gibbsova energija ekvivalentna celotni kemični energiji sistema. Kaže, kakšne spremembe se bodo zgodile med kemičnimi reakcijami in ali bodo snovi sploh medsebojno vplivale.
Spreminjanje količine energije in temperature sistema med potekom reakcije vpliva na koncepte, kot sta entalpija in entropija. Razlika med tema dvema parametroma se bo imenovala Gibbsova energija ali izobarično-izotermni potencial.
Najmanjša vrednost te energije je opažena, če je sistem v ravnotežju, njegov tlak, temperatura in količina snovi pa ostanejo nespremenjeni.
Helmholtzova energija
Helmholtzova energija (glede na druge vire – samo brezplačna energija) je potencialna količina energije, ki jo bo sistem izgubil pri interakciji s telesi, ki niso vključena vanj.
Koncept Helmholtzove proste energije se pogosto uporablja za določitev največjega dela, ki ga lahko izvede sistem, to je, koliko toplote se sprosti, ko snovi preidejo iz enega stanja v drugo.
Če je sistem v stanju termodinamičnega ravnotežja (to je, da ne opravlja nobenega dela), je raven proste energije minimalna. To pomeni, da spreminjanje drugih parametrov, kot je temperatura,tlaka, se število delcev tudi ne pojavi.
