Parametrii de stare a materiei

Substanțele locuiesc în general într-una din cele trei stări de bază: sub formă de gaz, lichid sau solid. Unul și același organism, una și aceeași substanță în diferite condiții pot fi în diferite stări. Predeterminate condiții constante substanța în cauză vor fi întotdeauna în aceeași stare, de exemplu, la presiunea atmosferică și la o temperatură de 400 ° C, apa va exista doar sub formă de vapori, dar nu lichid sau solid.

Pentru a determina condițiile fizice specifice în care substanța tratată și, prin urmare, în mod clar definesc starea substanței în cauză este pariata statelor caracteristice convenabile ale materiei - așa-numiții parametri de stat.

Proprietățile compușilor pot fi intense și extinse. Chemat proprietăți intensive care nu depind de cantitatea de substanță din sistem (presiune, temperatură și altele).

Proprietăți, în funcție de cantitatea de substanțe numite extinse. Exemple de proprietăți extensive este volumul care variază proporțional în aceste condiții cantitatea de substanță: o cantitate de substanță de 10 kg este de 10 ori mai mult decât cantitatea de 1 kg.

Specific, t. E. Per cantitate unitate de substanță, proprietăți extensive fac proprietăți senzoriale intensive. De exemplu, volumul specific, căldura specifică, și așa mai departe. N. Pot fi considerate proprietăți intensive. Proprietățile intensive care definesc o stare a corpului sau a grupului de corpuri - sistem termodinamic numit parametri termodinamici ai stare a corpului (sistem).

Cel mai convenabil și este, prin urmare, cele mai frecvente parametrii de stare sunt temperatura absolută, presiune absolută și volumul specific (sau densitatea) a corpului.

Unul dintre cei mai importanți parametri este temperatura absolută. Temperatura descrie starea termică a corpului. După cum se știe din experiență, căldura se poate deplasa în mod spontan de la un mai încălzit la un corp mai puțin încălzit, adică. E. Din corpurile cu temperaturi mai ridicate la organismele la o temperatură mai joasă. Astfel, temperatura corpului determina direcția de transfer posibil accidentală de căldură între aceste organisme.

Măsurarea temperaturii se face, de exemplu, prin intermediul unor termometre. Deoarece proprietățile fizice ale substanțelor într-o măsură mai mare sau mai mică, depinde de temperatura, ca un termometru poate fi utilizat de către un instrument bazat pe o precise măsurători, ușor reproductibile ale unor astfel de proprietăți ale materiei.

Fiecare dispozitiv este utilizat pentru a măsura temperatura trebuie calibrat (Tare), în conformitate cu scala de temperatură stabilită ferm. În prezent, diferite scări de temperatură folosite - Celsius, Fahrenheit, Reaumur.

Cel mai comun este gama internațională de temperatură Celsius (interval C), în care intervalul de temperaturi de la punctul de apă cu gheață până la punctul de fierbere la presiune atmosferică de topire, este împărțit în o sută de părți egale (grade).

Un rol deosebit de important în termodinamica este așa-numita scală de temperatură termodinamică.

Un alt parametru important al statului - presiunea absolută - este o forță care acționează normal la suprafața corpului și pe unitatea de suprafață a suprafeței. măsurare a presiunii de unități diferite aplică: Pascali (Pa) și bar, așa-numita atmosferă tehnică sau pur și simplu atmosferă (1 kgf / cm2) milimetri de mercur sau în coloana de apă.

Volumul specific al substanței este volumul ocupat de un material de densitate unitară. Volumul specific v este asociat cu un G greutate corporală V și următorul raport de volum aparent:

Volumul specific al unei substanțe este de obicei măsurată în m 3 / kg sau în cm3 / g. densitate

de obicei, măsurată în kg / m3 sau g / cm3.

Uneori folosit conceptul de greutatea specifică a substanței. Sub greutatea specifică a unei substanțe se înțelege greutatea pe unitatea de volumul său. În conformitate cu a doua lege a densității Newton și substanța greutate specifică soboysootnosheniem interconectate

unde g - accelerația gravitațională.

În absența unor influențe externe asupra stării sistemului de substanțe pure este unic determinată dacă este setat doi parametri independent intens. Orice alt parametru este o singură valoare în funcție de doi parametri transmiși. Dacă, de exemplu, este considerat abur la o temperatură de 250 ° C și o presiune de 98 kPa (10 kgf / cm2), volumul specific al aburului poate avea o singură valoare (= 0,2375 m3 / kg). Astfel, volumul specific al substanței este determinată de mărimea presiunii p și temperatură T, r. F.

Deoarece toți parametrii stării de „egal“ în ceea ce privește determinarea stării unei substanțe, temperatura substanței este determinată în mod unic prin relația

și presiunea - relația

Astfel, oricare trei stări ale parametrului (de exemplu, p, v și T) ale substanței pure legate fără echivoc. Ecuația privind acești parametri se numesc ecuația de stare a substanței.

Pentru fiecare substanță, natura relației funcționale dintre p, v și T (sau valoarea constantelor în relație) este diferită, și, prin urmare, proprietățile lor termodinamice sunt descrise pentru fiecare ecuație substanță de stat.

Unități de cantități fizice.

Caldura se numește modificarea energiei interne a substanței de lucru. Cantitatea de căldură, ambalaj sau retrasă din substanța de lucru, exprimată în jouli sau calorii. Cantitatea de căldură în 1 Ioan se numește aceeași modificare în energia internă a corpului, precum și perfect-le peste munca manuală 1 N · m, care este complet cu privire la modificarea energiei interne. Caloriilor - cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea 1 kg de apă per 1 K la presiune atmosferică normală. Raportul dintre unitățile de căldură este:

1 J = 0,24 Kcal. 1 Kcal. = 4.19 J.

Presiunea substanței de lucru este rezultatul coliziunilor aleatorii ale moleculelor de pe peretele vasului. Presiunea P este numeric egal cu forța F, care acționează pe o suprafață a vasului S, adică P = F / S.

În unitate internațională SI de presiune este de 1 Pa (Pascal), o forță egală cu 1 N (Newton), care se referă la o suprafață de un metru pătrat (m 2), adică Pa 1 Pa = 1/1 m 2. Această valoare este foarte mică și incomodă în calcule, atât de frecvent utilizate unități de presiune mai mari de kilopascali (kPa) și Megapaskal (MPa). 1 psig = 10 3 Pa, 1 MPa = 10 6 Pa. Pentru utilizarea practică a introdus magnitudine nesistemic 1 bar, care este de 0,1 MPa sau 10 5 Pa. Unitatea de sistem de presiune principal sistem metric gravitațional este atmosferă tehnică de 1 atm. = 10 4 kg / cm 2. În plus față de aceste presiuni, există alte unități, cum ar fi atmosfera fizică (atm) milimetri de mercur (mm Hg) coloană de apă milimetrică (mm.vod.st) care, în refrigerare rar folosit.

Presiunea mediului de lucru poate fi Rb barometrice. Reese și excesivă barometric Manpower absolută sau presiunea atmosferică este presiunea mediului ambiant la condițiile date climatice. Presiunea excesivă - presiunea din sistem, care diferă de presiunea atmosferică. Acesta poate fi barometric inferior sau superior. Dacă presiunea sistemului este mai mică decât presiunea atmosferică, se produce un vid (presiune negativă). Presiunea absolută se numește presiunea reală din sistem cu presiunea barometrică și excesul, adică, Manpower Rb = ± Reese.

Se caracterizează temperatura corpului încălzit. Aceasta depinde de viteza de mișcare aleatorie a moleculelor. În cazul în care căldura este transmisă de la un corp la altul, prima temperatura corpului este mai mare decât al doilea, adică, T1> T2. Cu scăderea temperaturii, viteza de deplasare aleatorie a moleculelor în substanță este redusă. La orice temperatură particular mișcarea termică a moleculelor în substanța încetează cu totul. Această temperatură se numește zero absolut. Există mai multe scale de temperatură care măsoară temperatura sau gradul de materialul încălzit. Pe o scală de la zero grade Celsius acceptate temperatură de topire de apă cu gheață, iar punctul de fierbere a apei la presiunea atmosferică este de aproximativ 100 ° C Temperatura de zero absolut pe scara Celsius este -273.15 grade. Sistemul internațional de măsurare (SI) este utilizat pe scară largă la scară Kelvin, prin care temperatura absolută zero grade Kelvin primit zero (0 K). Apoi, temperatura de topire a gheții de apă va fi egală cu 273,15 K (

273 K), și temperatura de fierbere a apei - 373.15 K (

373 K). Raportul dintre temperaturile pe scara Celsius și Kelvin este egal

T (K) = t (C) + 273,15 (

273) sau t (° C) = T (K) - 273.15 (

In Statele Unite, Canada, Australia și alte țări utilizate la scară de temperatură în grade Fahrenheit (° F). Pe această scală, temperatura de topire a gheții corespunde la aproximativ 32 F, iar temperatura de fierbere a apei este de aproximativ 212 F. Relația dintre Celsius și temperaturile Fahrenheit următoare

t (° C) = 5/9 [t (pe F) + 32], sau t (pe F) = 9/5 t (C) + 32.

În Franța, folosit adesea scală de temperatură Reaumur, în care temperatura de topire a gheții este luată ca zero grade, iar punctul de fierbere al apei corespunde cu 80 de grade Ryumera.

După cum se va vedea mai jos, un rol important într-o varietate de calcule termodinamice joacă valoarea sumei U energia internă a sistemului și presiunea sistemului P fabrică la valoarea volumului V al sistemului; Această valoare se numește entalpia, și este notată cu I:

Entalpia se măsoară în aceleași unități ca și căldură, lucrul mecanic și energia internă.

Ca între i și u există o relație unică, originea entalpie asociată cu originea energiei interne: în punctul luat ca originea energiei interne (u = 0) este egal cu entalpia i = pv. Astfel, în punctul de start menționată mai sus de referință pentru energia internă a apei (t = 0,01 ° C P = 610.8 Pa = 0.0010002 m 3 / kg) valoare este egală cu entalpia i = p = 0.0010002 * 610.8 = 0,611 J (0.000146 kcal / kg).

Ca o caracteristică nouă - entalpie - valori combinate din care sunt funcții de stat (u, p), rezultă că entalpia ca funcție a statului. La fel ca energia internă, entalpia substanței pure poate fi reprezentată ca o funcție a oricăror doi parametri de stat, de exemplu, presiunea p și temperatură T:

Entropy (din greacă - schimbare) - este raportul dintre energia furnizată la creșterea temperaturii.

Entropia este proprietatea extinsă și ca alte cantități extinse este aditiv. valoare

numita entropie specifică, entropia este o masă unitară de substanță.

După cum se poate observa din definiția entropiei, entropia are o dimensiune unitate de căldură, împărțită la temperaturile unitare. Cea mai comună unitate de măsură a entropiei - J / K kcal / K.

Unități de entropie specifice - J / (kg-K), kJ / (kg K), kcal / kg (K) etc. Astfel, dimensiunea entropie egală cu dimensiunea capacității de căldură ... Entropie zero de referință pentru substanțele și amestecurile de substanțe care nu intră într-o reacție chimică pură poate fi ales în mod arbitrar, la fel ca punct al energiei interne zero este selectat în mod arbitrar; atunci când se analizează diverse procese termodinamice ne interesează variația entropiei în aceste procese, t. e. diferența de entropie începe și punctele finale ale procesului, care în mod natural nu depinde de extorcările start entropie de referință.