Fisici en verteenwoordigers van ander wetenskappe het vir 'n lang tyd 'n manier gehad om te beskryf wat hulle in die loop van hul eksperimente waarneem. Die gebrek aan konsensus en die teenwoordigheid van 'n groot aantal terme wat "uit die bloute" geneem is, het tot verwarring en misverstande onder kollegas gelei. Met verloop van tyd het elke tak van fisika sy gevestigde definisies en meeteenhede verkry. Dit is hoe termodinamiese parameters verskyn het, wat die meeste van die makroskopiese veranderinge in die stelsel verduidelik.
Definisie
Toestandsparameters, of termodinamiese parameters, is 'n aantal fisiese hoeveelhede wat saam en elkeen afsonderlik die waargenome sisteem kan kenmerk. Dit sluit konsepte soos: in
- temperatuur en druk;
- konsentrasie, magnetiese induksie;
- entropie;
- enthalpie;
- Gibbs- en Helmholtz-energieë en vele ander.
Kies intensiewe en uitgebreide parameters. Uitgebreide is dié wat direk afhanklik is van die massa van die termodinamiese stelsel, enintensief - wat deur ander kriteria bepaal word. Nie alle parameters is ewe onafhanklik nie, daarom, om die ewewigstoestand van die stelsel te bereken, is dit nodig om verskeie parameters gelyktydig te bepaal.
Boonop is daar 'n paar terminologiese meningsverskille tussen fisici. Dieselfde fisiese eienskap kan deur verskillende outeurs genoem word óf 'n proses, of 'n koördinaat, of 'n hoeveelheid, of 'n parameter, of selfs net 'n eienskap. Dit hang alles af van die inhoud waarin die wetenskaplike dit gebruik. Maar in sommige gevalle is daar gestandaardiseerde aanbevelings waaraan opstellers van dokumente, handboeke of bevele moet voldoen.
Klassifikasie
Daar is verskeie klassifikasies van termodinamiese parameters. Dus, gebaseer op die eerste paragraaf, is dit reeds bekend dat alle hoeveelhede verdeel kan word in:
- extensief (toevoeging) - sulke stowwe gehoorsaam die wet van byvoeging, dit wil sê, hul waarde hang af van die aantal bestanddele;
- intens - hulle hang nie af van hoeveel van die stof vir die reaksie geneem is nie, aangesien hulle tydens die interaksie in lyn is.
Gegrond op die toestande waaronder die stowwe waaruit die sisteem bestaan geleë is, kan die hoeveelhede verdeel word in dié wat fasereaksies en chemiese reaksies beskryf. Daarbenewens moet die eienskappe van die reaktante in ag geneem word. Hulle kan wees:
- termomeganies;
- termofisies;
- termochemies.
Behalwe dit, voer enige termodinamiese stelsel 'n sekere funksie uit, sodat die parameters kankarakteriseer die werk of hitte wat as gevolg van die reaksie geproduseer word, en laat jou ook toe om die energie te bereken wat benodig word om die massa deeltjies oor te dra.
Staatsveranderlikes
Die toestand van enige stelsel, insluitend termodinamiese, kan bepaal word deur 'n kombinasie van sy eienskappe of kenmerke. Alle veranderlikes wat slegs op 'n bepaalde tydstip volledig bepaal word en nie afhang van hoe presies die sisteem tot hierdie toestand gekom het nie, word termodinamiese toestandparameters (veranderlikes) of toestandsfunksies genoem.
Die stelsel word as stilstaande beskou as die veranderlike funksies nie oor tyd verander nie. Een weergawe van die bestendige toestand is termodinamiese ewewig. Enige, selfs die kleinste verandering in die stelsel, is reeds 'n proses, en dit kan van een tot verskeie veranderlike termodinamiese toestandparameters bevat. Die volgorde waarin die toestande van die stelsel voortdurend na mekaar oorgaan, word die "prosespad" genoem.
Ongelukkig is daar steeds verwarring met die terme, aangesien dieselfde veranderlike beide onafhanklik en die resultaat van die byvoeging van verskeie stelselfunksies kan wees. Daarom kan terme soos "toestandsfunksie", "toestandparameter", "toestandsveranderlike" as sinonieme beskou word.
Temperatuur
Een van die onafhanklike parameters van die toestand van 'n termodinamiese stelsel is temperatuur. Dit is 'n waarde wat die hoeveelheid kinetiese energie per eenheid deeltjies in kenmerktermodinamiese stelsel in ewewig.
As ons die definisie van die konsep benader vanuit die oogpunt van termodinamika, dan is die temperatuur 'n waarde omgekeerd eweredig aan die verandering in entropie nadat hitte (energie) by die sisteem gevoeg is. Wanneer die stelsel in ewewig is, is die temperatuurwaarde dieselfde vir al sy "deelnemers". As daar 'n temperatuurverskil is, word die energie deur 'n warmer liggaam afgegee en deur 'n kouer een geabsorbeer.
Daar is termodinamiese stelsels waarin wanorde (entropie) nie toeneem nie, maar eerder afneem wanneer energie bygevoeg word. Daarbenewens, as so 'n sisteem in wisselwerking tree met 'n liggaam wie se temperatuur groter is as sy eie, dan sal dit sy kinetiese energie aan hierdie liggaam prysgee, en nie andersom nie (gebaseer op die wette van termodinamika).
druk
Druk is 'n hoeveelheid wat die krag kenmerk wat op 'n liggaam inwerk, loodreg op sy oppervlak. Om hierdie parameter te bereken, is dit nodig om die hele hoeveelheid krag te verdeel deur die oppervlakte van die voorwerp. Die eenhede van hierdie krag sal pascals wees.
In die geval van termodinamiese parameters, beslaan die gas die hele volume wat daarvoor beskikbaar is, en boonop beweeg die molekules waaruit dit bestaan voortdurend willekeurig en bots met mekaar en met die houer waarin hulle geleë is. Dit is hierdie impakte wat die druk van die stof op die wande van die vaartuig of op die liggaam wat in die gas geplaas word, bepaal. Krag versprei ewe veel in alle rigtings juis as gevolg van die onvoorspelbaremolekulêre bewegings. Om die druk te verhoog, moet jy die temperatuur van die stelsel verhoog, en omgekeerd.
Interne energie
Die belangrikste termodinamiese parameters wat afhang van die massa van die stelsel sluit interne energie in. Dit bestaan uit die kinetiese energie as gevolg van die beweging van die molekules van 'n stof, asook uit die potensiële energie wat voorkom wanneer die molekules met mekaar in wisselwerking tree.
Hierdie parameter is ondubbelsinnig. Dit wil sê, die waarde van interne energie is konstant wanneer die stelsel in die verlangde toestand is, ongeag op watter manier dit (die toestand) bereik is.
Dit is onmoontlik om die interne energie te verander. Dit is die som van die hitte wat deur die stelsel afgegee word en die werk wat dit produseer. Vir sommige prosesse word ander parameters in ag geneem, soos temperatuur, entropie, druk, potensiaal en die aantal molekules.
Entropy
Die tweede wet van termodinamika bepaal dat die entropie van 'n geïsoleerde sisteem nie afneem nie. 'n Ander formulering postuleer dat energie nooit van 'n liggaam met 'n laer temperatuur na 'n warmer een oorgaan nie. Dit ontken op sy beurt die moontlikheid om 'n ewigdurende bewegingsmasjien te skep, aangesien dit onmoontlik is om al die energie wat aan die liggaam beskikbaar is na werk oor te dra.
Die konsep van "entropie" is in die middel van die 19de eeu in gebruik geneem. Toe is dit beskou as 'n verandering in die hoeveelheid hitte na die temperatuur van die stelsel. Maar hierdie definisie geld net virprosesse wat voortdurend in ewewig is. Hieruit kan ons die volgende gevolgtrekking maak: as die temperatuur van die liggame waaruit die sisteem bestaan na nul neig, dan sal die entropie ook gelyk aan nul wees.
Entropie as 'n termodinamiese parameter van die gastoestand word gebruik as 'n aanduiding van die mate van ewekansigheid, willekeurigheid van partikelbeweging. Dit word gebruik om die verspreiding van molekules in 'n sekere area en houer te bepaal, of om die elektromagnetiese krag van interaksie tussen die ione van 'n stof te bereken.
Enthalpy
Entalpie is die energie wat teen konstante druk in hitte (of werk) omgeskakel kan word. Dit is die potensiaal van 'n sisteem wat in ewewig is as die navorser die entropievlak, die aantal molekules en die druk ken.
As die termodinamiese parameter van 'n ideale gas aangedui word, in plaas van entalpie, word die bewoording "energie van die uitgebreide stelsel" gebruik. Om dit makliker te maak om hierdie waarde aan onsself te verduidelik, kan ons 'n houer voorstel wat met gas gevul is, wat eenvormig deur 'n suier (byvoorbeeld 'n binnebrandenjin) saamgepers word. In hierdie geval sal die entalpie nie net gelyk wees aan die interne energie van die stof nie, maar ook aan die werk wat gedoen moet word om die sisteem in die vereiste toestand te bring. Die verandering van hierdie parameter hang slegs af van die aanvanklike en finale toestand van die stelsel, en die manier waarop dit ontvang sal word maak nie saak nie.
Gibbs Energy
Termodinamiese parameters en prosesse word meestal geassosieer met die energiepotensiaal van die stowwe waaruit die sisteem bestaan. Die Gibbs-energie is dus die ekwivalent van die totale chemiese energie van die sisteem. Dit wys watter veranderinge in die loop van chemiese reaksies sal plaasvind en of stowwe enigsins in wisselwerking sal tree.
Die verandering van die hoeveelheid energie en temperatuur van die sisteem gedurende die verloop van die reaksie beïnvloed konsepte soos entalpie en entropie. Die verskil tussen hierdie twee parameters sal die Gibbs-energie of isobaar-isotermiese potensiaal genoem word.
Die minimum waarde van hierdie energie word waargeneem as die sisteem in ewewig is, en sy druk, temperatuur en hoeveelheid materie bly onveranderd.
Helmholtz Energy
Helmholtz-energie (volgens ander bronne - net gratis energie) is die potensiële hoeveelheid energie wat deur die sisteem verlore gaan wanneer dit met liggame in wisselwerking tree wat nie daarby ingesluit is nie.
Die konsep van Helmholtz vrye energie word dikwels gebruik om te bepaal watter maksimum werk 'n stelsel kan verrig, dit wil sê hoeveel hitte vrygestel word wanneer stowwe van een toestand na 'n ander verander.
As die stelsel in 'n toestand van termodinamiese ewewig is (dit wil sê, dit doen geen werk nie), dan is die vlak van vrye energie op 'n minimum. Dit beteken dat die verandering van ander parameters, soos temperatuur,druk, kom die aantal deeltjies ook nie voor nie.
