sistem termodinamic

Sistemul termodinamic va apela unul sau mai multe organisme macroscopice alocate pentru orice motiv. Cuvântul cheie aici - macroscopice. și anume care conține un număr mare de molecule (de exemplu, 1 cm3 de gaz în condiții normale conține aproximativ 2,7 x 19 molecule octombrie). Unitatea de numărul de particule în sistem este cârtița.

Într-un mol conține multe molecule (sau orice alte elemente structurale), câți atomi conținute în 0,012 kg de carbon izotopului 12 C. Numărul de molecule dintr-un mol numit numărul lui Avogadro NA = 23 x 6022 octombrie mol -1.

Sistemele pot comunica între ele și cu alte organisme (mediul) prin schimbul de materie și energie.

Sistemul nu este material și energie schimbul cu mediul, se numește un sistem izolat (sau închis).

Un sistem care poate comunica cu mediul numai de către (dar nu și substanță) de energie, numit un sistem închis.

Sistemul comunică cu mediul înconjurător și materia și energia, numit un sistem deschis.

În cazul în care sistemul este compus din particule a căror mișcare cu suficientă precizie poate fi descrisă de legile mecanicii clasice, este numit clasic. În cazul în care comportamentul componentelor unui sistem de particule pot fi descrise numai prin ecuațiile mecanicii cuantice, un astfel de sistem se numește cuantic. Vom lua în considerare, în principal sistemul clasic.

Un sistem izolat este o idealizare, și, de fapt, nu într-adevăr puse în aplicare. Cu toate acestea, puteți crea condițiile în care schimbul de energie cu celelalte organisme ar fi neglijabil. Acest lucru se poate realiza prin încheierea sistemului într-un izolator termic solid sau cochilie adiabatic, adică o teacă acea stare a sistemului, plasat în ea, nu se schimba la încălzire sau răcire a organismelor care sunt în afara mantalei.

Orice sistem izolat ajunge în cele din urmă o stare de echilibru termodinamic. în care toate procesele macroscopice sunt oprite, presiunea și temperatura ia valori constante pentru volumul sistemului. Această afirmație este o generalizare a experienței și a luat ca un postulat, numit uneori o lege a termodinamicii comun.

Orice sistem termodinamic într-un condiții externe constante, asigurați-vă că să vină înapoi în echilibru, și anume în starea în care acesta va fi, atâta timp cât se dorește.

Starea de echilibru este dinamic. la nivel molecular (microscopic) trece în mod continuu mișcare complexă, iar la nivel macroscopic nu face modificări vizibile. La echilibru termodinamic în sistemul opri mișcarea macroscopic mecanice, reacții chimice, tranziții de fază, schimbul de căldură între părți ale sistemului.

Dacă reducerea stării de contact termic a sistemelor termodinamice nu este schimbat, sistemele sunt în echilibru termic între ele și au aceeași temperatură. Sisteme contact termic cu temperaturi diferite este însoțită de transferul de energie dintr-un corp încălzit (o temperatură mai ridicată) la un corp mai puțin încălzit (temperatură mai joasă).

Experiența arată că echilibrul termic este tranzitiv. Când Sistemul A este în echilibru termic cu sistemul și sistemul S. In este în echilibru cu sistemul S. sistemele A și B sunt în echilibru termic unul cu celălalt. Această poziție se numește legea zero a termodinamicii. Datorită acestui fapt, putem judeca starea de echilibru termic a sistemelor în cauză, nu aducerea lor în contact termic direct, folosind și un al treilea corp - un termometru.

Când creați termometru utilizează faptul că aproape toate proprietățile corpurilor în grade diferite, în funcție de temperatura. Atunci când este încălzit, marea majoritate a organismelor se extind, adică crește volumul lor. Rezistivitatea electrică a metalelor crește cu temperatura, iar semiconductor scade. În cazul în care două fire de metale diferite pentru a suda capetele lor, ele formează un termocuplu. Când încălzirea sau răcirea una dintre joncțiunile curentului termoelectric are loc în circuit. cu atât mai mare, cu atât mai mare temperaturile de joncțiune diferența.

un corp termometrică este utilizat pentru determinarea cantitativă a temperaturii. și anume se opune, de a modifica orice proprietăți care (proprietăți termometrică termometrice sau magnitudine) în acord asociate cu temperatura. Un exemplu de astfel de organism thermometric poate servi în termometru cu mercur obișnuit. O stare în care termometrul vine amplasat o dată în contact cu topirea gheții, și altă dată - cu apă la fierbere sub presiune atmosferică, corespunzătoare 0 ° C și 100 ° C, respectiv, (punct de temperatură). indicator de temperatură este un nivel de termometru lichid, adică Cantitatea termometrică este volumul. Se presupune în continuare schimbarea volumului uniform (nivel) al fluidului cu modificările de temperatură. Astfel obținută la scară empirică a temperaturii Celsius. Utilizarea punctului de temperatură, adică temperatură constantă, reproductibilă, este posibil să se construiască diferite scale de temperatură empirice. În funcție de alegerea corpului termometrie și să efectueze valorile termometrice pot infinit set de scale de temperatură empirice. Ele coincid una cu alta, în general vorbind, numai în bază (de referință), punctele luate în construcția de solzi. Diverse termometre mercur și alcool, de exemplu, calibrate pe scara Celsius, citirile vor coincide cu exactitate doar la 0 ° C și 100 ° C, In alte cazuri, măsurarea temperaturii aceluiași corp, ei vor da similare, dar diferite indicații. Pentru a elimina ambiguitatea care rezultă ar trebui să ia un termometru pentru primar și pentru el să absolvi toate celelalte termometre.

Când selectați un termometru de bază poate să profite de faptul că gazele evacuate sunt destul de asemănătoare în proprietățile lor la gaze ideale. Ele sunt asculte foarte precis legea Boyle-Mariotte: un volum de lucru V al masei de gaz în presiunea P depinde numai de temperatura T. Produsul poate fi luat pentru valoarea thermometric PV, iar gazul în sine - pentru corp thermometric. În acest fel, vin la scara de temperatura ideală gaz, pe care o vom folosi în viitor. Ea se bazează pe ecuația de stare a unui gaz ideal (Clapeyron-Mendeleev)

unde n - numărul de moli de gaz, R - constanta universală a gazelor (R = 8,31 J / (mol x K)).

Ecuația (1.1) este rescris ca. Ea poate fi privită ca o definiție a temperaturii. În plus, este necesar să se ia unele masa de gaz este similară în proprietăți la referința ideală selectați - așa-numitul punct de referință, atributul punct al anumitor T0 temperatură. și măsura P0V0. Acum, de măsurare în anumite circumstanțe PV. Vom fi considerată egală cu temperatura.

Deoarece temperatura de referință adoptată temperatura punctului triplu al apei, la care se află în echilibru gheață, apă și vapori de apă. Cel mai frecvent Kelvin atribuit această temperatură T0 punct = 273,16 K Kelvin și C sunt legate de T = 273,15 + t ° C

Avantajul scală temperatură ideală gaz peste alte scale de temperatură empirică este faptul că, așa cum experiența arată, temperatura T, determinată în conformitate cu formula (1.1), depinde foarte slab de natura chimică a rezervorului de gaz, care este umplut cu un termometru cu gaz. un indicator de temperatură în termometrul cu gaz este presiunea gazului la rezervor volum constant.

termometre cu gaz și de dispozitiv de lucru cu ei este destul de dificil - acestea sunt mari, voluminoase și vin încet la o stare de echilibru termic. Scopul principal al gazului (primar) termometre este că maruntit celelalte termometre (secundare). Cele mai frecvente termometre secundare sunt lichide (în special mercur) termometre, termocuple și termorezistențe.

scala de temperatură Ideal-gaz nu poate fi considerată pe deplin satisfăcătoare. gaze ideale, strict vorbind, nu există. termometre umplute cu gaz cu diferite gaze, oferă totuși o strânsă, dar nu destul de lecturi identice. La temperaturi ridicate (

1000 K) moleculele de gaz poliatomice incep sa se dezintegreze atomi, atomii ionizați la temperaturi mai ridicate. Din acest motiv, gazele nu mai sunt asculte ecuația lui Clapeyron-Mendeleev, chiar dacă gradul de vid este în mod arbitrar. La temperaturi foarte scăzute gazele reale sunt condensate în lichid.

scală de temperatură rațională nu trebuie să depindă de proprietățile individuale ale substanței termometrică. Acesta trebuie să fie construit astfel încât, în principiu, a fost posibil să se măsoare orice temperatură, oricât de înaltă sau joasă sunt. Aceste cerințe sunt îndeplinite scara termodinamică de temperatură absolută, construită pe baza a doua lege a termodinamicii. Este, de asemenea, numit scara Kelvin. Cu aceasta, vom afla mai multe despre în § 11.

In regiunea de temperatură unde termometru cu gaz adecvat (4-1400 K), scara Kelvin greu diferă de ideal-gaz.