Термодинамика – наука, изучающая наиболее общие законы превращения различных видов энергии в системе. Различают:
- термодинамику равновесных систем (классическую, равновесную)
- термодинамику неравновесных систем (линейную и нелинейную).
Под термодинамической системой понимают часть пространства, ограниченную (условно) поверхностью (оболочкой). При этом размеры частиц, составляющих систему (m), должны быть существенно меньше самой системы (М): m < M.
Различают 3 типа систем:
- Изолированная – не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией.
- Замкнутая (закрытая) – обменивается с окружающей средой только энергией.
- Открытая – обменивается с окружающей средой энергией и веществом.
Термодинамическая система характеризуется определенными параметрами (функциями), количественные описывают их состояние и подразделяются на:
- Экстенсивные – зависят от общего количества вещества в системе (масса, объем).
- Интенсивные – не зависят от общего количества вещества в системе (давление, температура).
Термодинамические процессы – это процессы обмена энергией и веществом или переход энергии из одной формы в другую. Они бывают
- обратимые термодинамические процессы - переход от начального к конечному состоянию, и наоборот, не требует дополнительных затрат энергии. Энергия переходит из одного вида к другому без потерь. Характеризует идеальные процессы.
- необратимые термодинамические процессы - переход от конечного состояния к начальному требует дополнительных затрат энергии, так как процессы идут с частичными потерями энергии в виде тепла. Характеризует реальные процессы.
Основная задача термодинамики – однозначное описание изменений в термодинамической системе при её переходе из одного состояния в другое. Различают равновесное и неравновесное состояния термодинамической системы.
Равновесным называется такое состояние системы, когда ее параметры не меняются с течением времени. Интенсивные параметры одинаковы во всех точках системы, т.е. градиенты этих параметров отсутствуют. Параметры системы не меняются с течением времени.
Неравновесным называется такое состояние системы, когда ее параметры меняются с течением времени. Интенсивные параметры различны в разных точках системы, т.е. имеются градиенты этих параметров.
Градиент – изменение параметра в пространстве. Существуют градиенты:
- температуры – ΔТ/Δх,
- концентрации – Δс/Δх,
- давления – Δр/Δх и т.д.
Связи между параметрами системы называют уравнениями состояния. Изменение любого из параметров приводит к изменению состояния системы. Переход системы от одного состояния к другому происходит в результате различных процессов, которые подчиняются законам термодинамики.