Трудовое право

Состояние термодинамической системы. Параметры состояния

Основные понятия и определения

Объектом термодинамики является термодинамическая система - ограниченное в пространстве макроскопическое тело или совокупность тел, находящихся в тепловом и механическом взаимодействии друг с другом и окружающей средой. Под окружающей средой понимается все то, что не вошло в термодинамическую систему. Воображаемая или физическая поверхность, отделяющая термодинамическую систему от окружающей среды, называется оболочкойсистемы.

Метод термодинамикифеноменологический (описательный) без проникновения в структуру вещества. Исследуется отклик системы на внешние воздействия, не вникая в причины того или иного поведения вещества, гипотеза молекулярного строения вещества термодинамику не интересует. Мы же будем обращаться к молекулярно-кинетической теории для вычисления некоторых свойств веществ, значения которых, необходимо брать из эксперимента.

Техническая термодинамикаизучает вопросы превращения теплоты в работу в тепловых машинах с точки зрения максимальной эффективности. В основе термодинамического расчёта тепловых двигателей лежат два начала термодинамики, которые формулируются в виде утверждений о принципиальной невозможности построения вечных двигателей первого и второго рода.

Для количественного описания поведения термодинамической системы вводят параметры состояния -величины, которые однозначно определяют состояние системы в заданный момент времени. Параметры состояния могут быть найдены только на основании опыта. Термодинамический подход требует, чтобы они могли быть измеримы опытным путём с помощью макроскопических приборов. Число параметров велико, однако не все из них имеют существенное значение для термодинамики. В простейшем случае любая термодинамическая система должна обладать четырьмя макроскопическими параметрами: массой M, объёмом V, давлением p и температурой T. Первые три из них определяются достаточно просто и хорошо известны из курса физики.

Температура.История становления понятия температуры в физике, технике и в повседневной жизни связана со многими событиями. Остановимся на вопросах, имеющих существенное значение для понимания категории температуры и на методах и способах её измерения.

Можно дать по меньшей мере четыре определения температуры, см. [1]:

температура - есть мера нагретости тела, т.е. субъективное ощущение теплоты или холода;

температура - есть показания специального прибора, именуемого термометром;

температура - есть величина, пропорциональная средней кинетической энергии молекул;

различные комбинации трёх первых определений.

Все эти определения не обладают точностью и однозначностью в отличие, например, от определений массы или объёма. Случай с температурой является уникальным в научной практике - это была первая из физических величин, которую научились измерять, не зная, что это такое. Ни один из термометров не измеряет непосредственно температуру, а тот или иной эффект, связанный с изменением температуры. Например, ртутный, спиртовый или газовый термометры измеряют изменение объёма с изменением температуры при постоянном давлении; термометр сопротивления фиксирует изменение электрического сопротивления с изменением температуры; пирометр связывает с температурой яркость тел, нагретых до высоких температур и т.д. Строгое определение температуры и температурной шкалы в рамках термодинамики даёт второе начало термодинамики в связи с рассмотрением цикла Карно.

Первые приборы, предназначенные для измерения температуры, были сконструированы Галилеем (около 1597 г.) и основывались на изменении объёма газов при нагревании.

Рис.1.1. Термоскоп Галилея.

Основная трудность при конструировании термометров состояла в выборе шкалы. Первая температурная шкала была предложена в 1724 году голландским стеклодувом Д.Фаренгейтом. Затем вошли в употребление шкалы Реомюра и Цельсия. И, наконец, в 1848 году английский физик Вильям Томсон (лорд Кельвин) ввёл абсолютную температурную шкалу, называемую также шкалой Кельвина, в которой за начало отсчёта температуры принимается абсолютный нуль, когда теоретически прекращаются все возможные виды движения частиц в теле. В остальном введённая Кельвином абсолютная температурная шкала совпадала со шкалой Цельсия. В современной физике в качестве реперной точки выбирается тройная точка воды. В шкале Кельвина тройной точке воды приписывается температура 273.16 К. Точка замерзания воды (таяния льда) имеет температуру 273.15 К.

Share
Tags :
06.04.2017