Термодинамічна система
Термодинам́ічна сист́ема (англ. thermodynamic system) — об'єкт вивчення термодинаміки, сукупність матеріальних тіл, які перебувають у взаємодії з навколишніми тілами і можуть обмінюватися з ними енергією і частинками. Вона має межі, що відокремлюють її від навколишнього середовища, і ці межі можуть бути як реальними (газ у резервуарі, межа розділу фаз), так і чисто умовними у вигляді контрольної поверхні.
Загальний опис ред.
Термодинамічна система, між будь-якими частинами якої відсутні поверхні розділу, називається гомогенною. Якщо ж вона складається з окремих частин, розмежованих поверхнями розділу, — гетерогенною, однорідна частина якої називається фазою.
Термодинамічна система може енергетично взаємодіяти з навколишнім середовищем і з іншими системами, а також обмінюватися з ними речовиною.
Ключовим для опису термодинамічної системи є поняття термодинамічної рівноваги. Розрізняють рівноважний і нерівноважний стани термодинамічної системи. Рівноважним термодинамічним станом називають стан тіла чи системи, що не змінюється в часі без зовнішнього енергетичного впливу. При цьому зникають усякі макроскопічні зміни (дифузія, теплообмін, хімічні реакції), хоча тепловий (мікроскопічний) рух молекул не припиняється. Стан термодинамічної системи, при якому у всіх її частинах температура однакова, називають ізотермічним рівноважним станом.
У рівноважному стані термодинамічна система характеризується сталими температурою, хімічним складом і тиском.
- Стан термодинамічної системи
Сукупність значень деякої кількості фізичних величин, що характеризує макроскопічні фізичні властивості тіла (системи тіл) та визначає їх фізичний стан називають станом термодинамічної системи[1].
До основних термодинамічних параметрів стану системи, що характеризують макроскопічний стан тіл належать: тиск, температура та питомий об'єм (p, T, v).
Класифікація ред.
Залежно від умов взаємодії з іншими системами розрізняють системи:
- відкриту — за наявності обміну енергією та речовиною з іншими системами;
- закриту — за відсутності обміну речовиною з іншими системами;
- ізольовану — за відсутності обміну енергією й речовиною з іншими системами.
Ізольована термодинамічна система ред.
Ізольована термодинамічна система — ідеалізована термодинамічна система, яка не взаємодіє з навколишнім середовищем. Енергія та маса такої системи залишаються сталими, система не обмінюється з зовнішніми тілами ні енергією (у вигляді теплоти, випромінювання, роботи тощо), ні речовиною.
Поняття ізольованої системи корисно для наближеного опису реальних процесів та побудови їх математичних моделей. Так, розглядаючи процеси теплообміну в системі, що складається з кількох тіл, які спочатку мають різні температури (наприклад, система з води, льоду та металевої посудини), можна проігнорувати теплообміном цих речовин з навколишнім середовищем (з повітрям). Ізольована термодинамічна система незалежно від свого початкового стану із часом завжди приходить у стан рівноваги, з якого ніколи не може вийти самовільно.
Повністю ізольованих систем в природі не існує, але деяких з них можна умовно, протягом певного часу, вважати ізольованими. Ще однією причиною неможливості існування ізольованих систем є існування космічного реліктового випромінювання з температурою 2,7 K, яке є наслідком Великого Вибуху. Це випромінювання взаємодіє з усіма тілами Всесвіту.
Системи, які допускають обмін енергією або роботою (але лише чимось одним) з навколишнім середовищем називають напівізольованими[2]. Адіабатично ізольована термодинамічна система не може обмінюватися з навколишнім середовищем теплотою, а механічно ізольована — роботою. Прикладом таких систем може бути герметична ємність сталого об'єму, заповнена газом, який може нагріватись або охолоджуватись ззовні, або ж навпаки, теплоізольована ємність, об'єм якої може змінюватись за допомогою поршня.
Якщо система може обмінюватися і роботою, і енергією, вона називається неізольованою. Неізольовані системи, в свою чергу, поділяються на відкриті і закриті, в залежності від того, чи обмінюються вони речовиною з навколишнім середовищем[3].
Закрита термодинамічна система ред.
Закрита термодинамічна система — це термодинамічна система, яка не обмінюється своєю речовиною з навколишнім середовищем, але може обмінюватись енергією на відміну від ізольованої системи.
Закрита термодинамічна система може отримувати енергію від зовнішніх тіл, якщо над нею виконана робота або у вигляді теплоти. Аналогічно, вона віддає енергію, виконуючи роботу над зовнішніми тілами, або віддаючи тепло.
Відкрита термодинамічна система ред.
Відкрита термодинамічна система — термодинамічна система, яка може обмінюватися з навколишнім середовищем не тільки енергією, а й речовиною.
В стані термодинамічної рівноваги приток речовини до відкритої системи і витік речовини з неї зрівноважуються. В такому стані хімічний потенціал кожного роду частинок у системі вирівнюється.
Див. також ред.
Примітки ред.
- ↑ Яворський Б. М., Детлаф А. А., Лебедєв А. К., 2007. — С. 164.
- ↑ ТЕРМОДИНАМИКА(рос.)
- ↑ DIFFERENCE BETWEEN ISOLATED AND NON ISOLATED THERMODYNAMIC SYSTEM (англ.)
Джерела ред.
- Яворський Б. М., Детлаф А. А., Лебедєв А. К. Довідник з фізики для інженерів та студентів вищих навчальних закладів / Переклад з 8-го переробл. і випр. вид. — Т. : Навчальна книга — Богдан, 2007. — 1040 с. — ISBN 966-692-818-3.
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2013. — Т. 3 : С — Я. — 644 с.
- Буляндра О. Ф. Технічна термодинаміка: Підручн. для студентів енерг. спец. вищ. навч. закладів. — К.: Техніка, 2001. — 320 с. ISBN 966-575-103-4
- Базаров И. П. Термодинамика. Учебник для вузов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк. — 1991. — 376 с. ISBN 5-06-000626-3