Термодинамическое состояние - Thermodynamic state

Термодинамика
Классический Тепловой двигатель Карно
ветви Классический Статистический Химическая Квантовая термодинамика Равновесие  / Неравновесный
Законы Zeroth Первый Второй В третьих
Системы государство Уравнение состояния Идеальный газ Настоящий газ Состояние вопроса Равновесие Контрольный объем Инструменты Процессы Изобарический Изохорический Изотермический Адиабатический Изэнтропический Изентальпический Квазистатический Политропный Бесплатное расширение Обратимость Необратимость Необратимость Циклы Тепловые двигатели Тепловые насосы Тепловая эффективность
Свойства системы Заметка: Сопряженные переменные в курсив Диаграммы свойств Интенсивные и обширные свойства Функции процесса Работа Высокая температура Функции государства Температура  / Энтропия  (введение ) Давление  / Объем Химический потенциал  / Номер частицы Качество пара Сниженные свойства
Свойства материала Базы данных недвижимости Удельная теплоемкость   ${ displaystyle c =}$ ${ displaystyle T}$ ${ displaystyle partial S}$ ${ displaystyle N}$ ${ displaystyle partial T}$ Сжимаемость   ${ displaystyle beta = -}$ ${ displaystyle 1}$ ${ displaystyle partial V}$ ${ displaystyle V}$ ${ displaystyle partial p}$ Тепловое расширение   ${ Displaystyle альфа =}$ ${ displaystyle 1}$ ${ displaystyle partial V}$ ${ displaystyle V}$ ${ displaystyle partial T}$
Уравнения Теорема Карно Теорема Клаузиуса Фундаментальное отношение Закон идеального газа Максвелл отношения Взаимные отношения Онзагера Уравнения Бриджмена Таблица термодинамических уравнений
Потенциал Свободная энергия Свободная энтропия Внутренняя энергия ${ Displaystyle U (S, V)}$ Энтальпия ${ Displaystyle H (S, p) = U + pV}$ Свободная энергия Гельмгольца ${ Displaystyle А (Т, В) = U-TS}$ Свободная энергия Гиббса ${ Displaystyle G (T, p) = H-TS}$
История Культура История Общее Энтропия Газовые законы Машины "вечный двигатель" Философия Энтропия и время Энтропия и жизнь Броуновская трещотка Демон Максвелла Парадокс тепловой смерти Парадокс лошмидта Синергетика Теории Теория калорийности Теория тепла Vis viva («живая сила») Механический эквивалент тепла Сила мотивации Ключевые публикации "Экспериментальное расследование Относительно ... тепла " "О равновесии Гетерогенные вещества " "Размышления о Движущая сила огня " Сроки Термодинамика Тепловые двигатели Искусство Образование Термодинамическая поверхность Максвелла Энтропия как рассеивание энергии
Ученые Бернулли Больцман Карно Клапейрон Клаузиус Каратеодори Duhem Гиббс фон Гельмгольц Джоуль Максвелл фон Майер Онсагер Ренкин Смитон Шталь Томпсон Томсон ван дер Ваальс Waterston
Книга Категория

Для термодинамика, а термодинамическое состояние из система его состояние в определенное время, которое полностью определяется значениями подходящего набора параметров, известных как переменные состояния, параметры состояния или термодинамические переменные. Как только такой набор значений термодинамических переменных определен для системы, значения всех термодинамических свойств системы определяются однозначно. Обычно по умолчанию термодинамическое состояние принимается одним из термодинамическое равновесие. Это означает, что состояние - это не просто состояние системы в конкретный момент времени, а то, что состояние остается неизменным в течение неопределенно длительного периода времени.

Термодинамика устанавливает идеализированный формализм, который можно резюмировать системой постулатов термодинамики. Термодинамические состояния относятся к числу фундаментальных или примитивных объектов или понятий формализма, в котором их существование формально постулируется, а не выводится или строится из других понятий.^[1][2][3]

А термодинамическая система это не просто физическая система.^[4] Скорее, в общем, бесконечно много различных альтернативных физических систем составляют данную термодинамическую систему, потому что в целом физическая система имеет гораздо больше микроскопических характеристик, чем упоминается в термодинамическом описании. Термодинамическая система - это макроскопический объект, микроскопические детали которого явно не рассматриваются в его термодинамическом описании. Число переменных состояния, необходимых для определения термодинамического состояния, зависит от системы и не всегда известно заранее; его обычно находят из экспериментальных данных. Всегда число два или больше; обычно не больше нескольких десятков. Хотя количество переменных состояния фиксируется экспериментально, остается выбор, какую из них использовать для конкретного удобного описания; данная термодинамическая система может быть альтернативно идентифицирована несколькими различными вариантами выбора набора переменных состояния. Выбор обычно делается на основе стен и антуража, актуальных для термодинамические процессы которые следует учитывать в системе. Например, если предполагается рассмотреть теплопередачу для системы, то стенка системы должна быть проницаемой для тепла, и эта стена должна соединять систему с телом в окружающей среде, которое имеет определенную неизменную во времени температуру. .^[5][6]

Для равновесной термодинамики в термодинамическом состоянии системы ее содержимое находится во внутреннем термодинамическом равновесии, с нулевым потоком всех величин, как внутренних, так и между системой и окружающей средой. Согласно Планку, основная характеристика термодинамического состояния системы, состоящей из одного фаза в отсутствие внешнего силового поля - пространственная однородность.^[7] Для неравновесная термодинамика подходящий набор идентифицирующих переменных состояния включает некоторые макроскопические переменные, например ненулевой пространственный градиент температуры, которые указывают на отклонение от термодинамического равновесия. Такие неравновесные идентифицирующие переменные состояния указывают на то, что некоторый ненулевой поток может иметь место внутри системы или между системой и окружающей средой.^[8]

Государственные функции

Помимо термодинамических переменных, которые изначально определяют термодинамическое состояние системы, система характеризуется дополнительными величинами, называемыми государственные функции, которые также называются переменными состояния, термодинамическими переменными, величинами состояния или функциями состояния. Они однозначно определяются термодинамическим состоянием, поскольку оно было идентифицировано исходными переменными состояния. Переход от заданного начального термодинамического состояния к заданному конечному термодинамическому состоянию термодинамической системы известен как термодинамический процесс; обычно это передача вещества или энергии между системой и окружающей средой. В любом термодинамическом процессе, какими бы ни были промежуточные условия во время прохождения, полное соответствующее изменение значения каждой переменной термодинамического состояния зависит только от начального и конечного состояний. Для идеализированного непрерывный или квазистатический процесс, это означает, что бесконечно малый дополнительные изменения в таких переменных точные дифференциалы. Вместе пошаговые изменения на протяжении всего процесса, а также начальное и конечное состояния полностью определяют идеализированный процесс.

В наиболее часто цитируемом простом примере идеальный газ, термодинамические переменные будут любыми тремя переменными из следующих четырех: количество вещества, давление, температура, и объем. Таким образом, термодинамическое состояние будет охватывать трехмерное пространство состояний. Оставшаяся переменная, а также другие величины, такие как внутренняя энергия и энтропия, будут выражены как функции состояния этих трех переменных. Функции состояния удовлетворяют определенным универсальным ограничениям, выраженным в законы термодинамики, и они зависят от особенностей материалов, из которых состоит бетонная система.

Различный термодинамические диаграммы были разработаны для моделирования переходов между термодинамическими состояниями.

Состояние равновесия

Физические системы, встречающиеся в природе, практически всегда динамичны и сложны, но во многих случаях макроскопические физические системы поддаются описанию на основе близости к идеальным условиям. Одним из таких идеальных условий является состояние устойчивого равновесия. Такое состояние является примитивным объектом классической или равновесной термодинамики, в которой оно называется термодинамическим состоянием. Основываясь на многих наблюдениях, термодинамика постулирует, что все системы, изолированные от внешней среды, будут развиваться, чтобы приблизиться к уникальным стабильным состояниям равновесия. Существует ряд различных типов равновесия, соответствующих различным физическим переменным, и система достигает термодинамического равновесия, когда одновременно выполняются условия всех соответствующих типов равновесия. Ниже перечислены несколько различных типов равновесия.

• Тепловое равновесие: Когда температура во всей системе одинакова, система находится в тепловом равновесии.
• Механическое равновесие: Если в каждой точке данной системы давление не меняется со временем и нет движения материала, система находится в механическом равновесии.
• Фазовое равновесие: Это происходит, когда масса для каждой отдельной фазы достигает значения, которое не меняется со временем.
• Химическое равновесие: В химическом равновесии химический состав системы установился и не меняется со временем.

использованная литература

Список используемой литературы

• Байлын, М. (1994). Обзор термодинамики, Американский институт физики Press, Нью-Йорк, ISBN  0-88318-797-3.
• Ценгель, Юнус; Майкл А. Боэлс (2011). Термодинамика - инженерный подход. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN  978-0-07-352932-5.
• Каллен, Х. (1960/1985). Термодинамика и введение в термостатистику, (1-е издание, 1960 г.) 2-е издание, 1985 г., Вили, Нью-Йорк, ISBN  0-471-86256-8.
• Каратеодори, К. (1909). "Untersuchungen über die Grundlagen der Thermodynamik" (PDF). Mathematische Annalen. 67 (3): 355–386. Дои:10.1007 / BF01450409. Перевод можно найти Вот. Наиболее надежный перевод можно найти у Kestin, J. (1976). Второй закон термодинамики, Дауден, Хатчинсон и Росс, Страудсбург, Пенсильвания.
• Eu, B.C. (2002). Обобщенная термодинамика. Термодинамика необратимых процессов и обобщенная гидродинамика., Kluwer Academic Publishers, Дордрехт, ISBN  1-4020-0788-4.
• Джейнс, Э. (1965). Гиббс против энтропий Больцмана, Am. J. Phys., 33: 391–398.
• Моделл, Майкл; Роберт С. Рид (1974). Термодинамика и ее приложения. Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис-Холл. ISBN  0-13-914861-2.
• Марсланд, Р. III, Браун, Х.Р., Валенте, Г. (2015). Время и необратимость в аксиоматической термодинамике, Am. J. Phys., 83(7): 628–634.
• Планк, М., (1923/1927). Трактат по термодинамике, перевод А. Огга, третье английское издание, Longmans, Green and Co., Лондон.
• Пригожин, И., Дефай Р. (1950/1954). Химическая термодинамика, Longmans, Green & Co, Лондон.
• Тиса, Л. (1966). Обобщенная термодинамика, M.I.T. Press, Cambridge MA.
• Земанки, М., Диттман, Р. Х. (1937/1981). Тепло и термодинамика. Учебник для среднего уровня, шестое издание, McGraw-Hill Book Company, Нью-Йорк, ISNM 0-07-072808-9.

Смотрите также

• Возбужденное состояние
• Основное состояние
• Стационарное состояние