Thermodynamik. Die Arbeit von Mayer, Joule, Helmholts, dürfen die sogenannten trainieren. Das "Gesetz der Erhaltung der Kräfte" (das Konzept von "Macht" und "Energie" damals war damals noch streng unterschieden). Die erste klare Formulierung dieses Gesetzes wurde jedoch von Physists R. Clausius und W. Thomson (Lord Kelvin) erhalten, basierend auf der Analyse der Studie der Wärmemaschine, die von S. Carno gehalten wurde. In Anbetracht der Umwandlung von Wärme und Werk der makroskopischen Systeme S. karno war karno tatsächlich den Beginn einer neuen Wissenschaft, die Thomson später Thermodynamik nannte. Die Thermodynamik ist auf die Untersuchung der Besonderheiten der Umwandlung der thermischen Form der Bewegung an andere beschränkt, die nicht an der mikroskopischen Bewegung von Partikeln interessiert ist, die die Substanz bilden.

Thermodynamik betrachtet somit die Systeme, zwischen denen der Energieaustausch möglich ist, ohne dass die mikroskopische Struktur der Körper, die das System ausmachen, und die Eigenschaften einzelner Partikel berücksichtigen. Es gibt Thermodynamik von Gleichgewichtssystemen oder -systemen, die sich zum Gleichgewicht (Klassik oder Gleichgewichts-Thermodynamik) und Thermodynamik von Dispilibriumsystemen (keine Quilibrium-Thermodynamik) bewegen. Die klassische Thermodynamik wird am häufigsten als Thermodynamik bezeichnet, und genau die Basis des sogenannten thermodynamischen Bildes der Welt (TCM), das von der Mitte des 19. Jahrhunderts gebildet wurde. Die keine Quilibrium-Thermodynamik wurde in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts entwickelt und spielt eine besondere Rolle bei der Berücksichtigung von biologischen Systemen und dem Phänomen des Lebens als Ganzes.

Somit wurden in der Untersuchung der thermischen Phänomene zwei wissenschaftliche Richtungen unterschieden:

1. Thermodynamik, die thermische Prozesse untersuchen, ohne die molekulare Struktur der Substanz auszuschließen;

2. Molekulare kinetische Theorie (die Entwicklung der kinetischen Substanztheorie in Gegengewichten der Heatortheorie);

Molekulare kinetische Theorie. Im Gegensatz zu Thermodynamik ist die molekularkinetische Theorie durch die Berücksichtigung verschiedener makroskopischer Manifestationen von Systemen als die Ergebnisse der Gesamtwirkung eines riesigen Satzes chaotischer beweglicher Moleküle gekennzeichnet. Die molekulare kinetische Theorie verwendet ein statistisches Verfahren, das sich nicht an der Bewegung einzelner Moleküle interessiert, sondern nur durch Durchschnittswerte, die die Bewegung eines riesigen Satzes von Partikeln charakterisieren. Daher der zweite Name der molekularkinetischen Theorie - statistische Physik.

Die erste Oberseite der Thermodynamik. Clausnus setzte sich auf Joule und Mayers Arbeit, drückte zunächst den Gedanken aus, der anschließend im ersten Anfang der Thermodynamik gebildet wurde. Er kam zu dem Schluss, dass jeder Körper innere Energie u hat. Clausius nannte es die im Körper enthaltene Wärme, im Gegensatz zur "Hitze von Q, die dem Körper gemeldet wurde". Innere Energie kann in zwei äquivalenten Methoden erhöht werden: mechanische Arbeiten über den Körper durchführen oder die Menge an Wärme Q erzählen.

Im Jahr 1860 ersetzte W. Thomson schließlich den veralteten Begriff "Macht" durch den Begriff "Energie", schreibt den ersten Beginn der Thermodynamik in folgendem Wortlaut:

Die Hitzemenge, die von Gas berichtet wurde, führt zu einer Erhöhung der inneren Energieergie des Gases und der Erreichung der externen Arbeit (Abb. 1).

Für unendlich kleine Änderungen haben wir

Die erste Oberseite der Thermodynamik oder das Gesetz der Energieerhaltung billigt das Gleichgewicht von Energie und Arbeit. Ihre Rolle kann mit der Rolle eines eigentümlichen "Buchhalters" mit der gegenseitigen Spannung verschiedener Energiearten ineinander verglichen werden.

Wenn der Prozess cyclisch ist, wird das System in seinen ursprünglichen Zustand zurückgegeben, und U1 \u003d U2, ein du \u003d 0. In diesem Fall geht die gesamte gewählte Wärme zur Ausführung von externen Arbeiten. Wenn gleichzeitig q \u003d 0, dann und a \u003d 0, d. H. Der Prozess ist unmöglich, das einzige Ergebnis ist die Herstellung von Arbeit ohne Änderungen in anderen Gremien, d. H. Die Arbeit des "ewigen Motors" (Perpetuum Mobile).

Mayer in seiner Arbeit machte einen Tisch aller "Kräfte" (Energien) der Natur und führte 25 Fälle ihrer Transformationen (Heat ® Mechanical Work ® Elektrizität, chemische "Leistung" von Substanzen ® Wärme, Strom). Mayer breitete die Bestimmung auf die Erhaltung und Umwandlung von Energie und in lebenden Organismen (Lebensmittelabsorption ® chemische Prozesse ® thermische und mechanische Effekte) aus. Diese Beispiele wurden anschließend von den Werken von Hess (1840) unterstützt, die die Umwandlung chemischer Energie in Wärme sowie Faraday, Lenza und Joule untersuchten, wodurch das Gesetz von Jowle-Lenz (1845) über formuliert wurde Die Verbindung von elektrischem und thermischen Energie q \u003d j2rt.

Also, allmählich, seit mehr als vier Jahrzehnten, wurde eine der größten Prinzipien der modernen Wissenschaft gebildet, die zur Vereinheitlichung der unterschiedlichsten Naturphenomene führte. Dieses Prinzip ist wie folgt: Es gibt einen bestimmten Betrag, der mit einer Energie aufgerufen wird, die sich nicht unter den in der Natur auftretenden Transformationen ändert. Abgesehen von dem Gesetz der Energieerhaltung existiert nicht.

Kontrollfragen

1. Warum ergab das Studium von thermischen Phänomenen und Phasenübergängen die Inkonsistenz des laplasischen Determinismus?

2. Was ist Mikroparkarameter, Makropharameter in der Untersuchung der thermischen Phänomene?

3. Was war das Studium der thermischen Phänomene und als es anfing?

4. Nennen Sie Wissenschaftler, deren Werke die Grundlage der thermischen Phänomenphysik bildeten.

5. Was ist konservative Kräfte? Dissipative Kräfte? Nenne Beispiele.

6. Für welche Systeme ist das Gesetz der Erhaltung der mechanischen Energie?

7. Was ist mögliche Energie? Ist das Konzept der potenziellen Energie nur auf mechanische Systeme anwendbar? Erklären.

8. Erläutern Sie kurz die Theorie des Heators.

9. Was sind die Experimente, die die Theorie der Heizkörperpflanze widerlegen, von Rumford gehalten?

10. Warum Wärmekapazität in Prozessen bei konstantem Druck (CP) und bei einem konstanten Volumen (CV) ungleicher? Welche Wissenschaftler entdeckten diese Tatsache zuerst?

11. Was ist Thermodynamik? Was studiert sie?

12. Was macht die molekulare kinetische Theoriestudie?

13. Was ist statistische Physik? Woher kommt ein solcher Name?

14. Wort die erste Oberseite der Thermodynamik.

15. Mit welcher (von wem) kann der erste Beginn der Thermodynamik im Bild vergleichen?

Literatur

1. Dyagilev f.m. Konzepte der modernen Naturwissenschaften. - M.: Ed. Identisch, 1998.

2. Konzepte der modernen Naturwissenschaft. / ED. Prof. S.a. Samygin, 2. ed. - Rostow N / D: Phoenix, 1999.

3. Dubnishcheva, das das Konzept der modernen Naturwissenschaft titiert. Nowosibirsk: Yuca Publishing House, 1997.

4. REMIZOV A.N. Medizinische und biologische Physik. - M.: Höhere Schule, 1999.

10. Grundpostulate der statistischen Thermodynamik

Bei der Beschreibung von Systemen, die aus einer großen Anzahl von Partikeln bestehen, können zwei Ansätze verwendet werden: mikroskopisch und makroskopisch. Bei dem ersten Ansatz, der auf der klassischen oder der Quantenmechanik basiert, ist das System des Systems beispielsweise die Koordinaten und Impulse jedes Partikels zu jeder Zeit detailliert gekennzeichnet. Die mikroskopische Beschreibung erfordert das Lösen von klassischer oder quantamter Bewegungsgleichungen für eine Vielzahl von Variablen. Somit wird jede perfekte Gasmikrostation in der klassischen Mechanik 6 beschrieben N. Variablen ( N. - Anzahl der Partikel): 3 N. Koordinaten und 3. N. Impulsvorsprünge.

Ein makroskopischer Ansatz, der klassische Thermodynamik verwendet, kennzeichnet nur das System-Makrocro und verwendet eine kleine Anzahl von Variablen, beispielsweise drei: Temperatur, Volumen und Teilchenzahl. Wenn sich das System in einem Gleichgewichtszustand befindet, sind seine makroskopischen Parameter konstant, während mikroskopische Parameter mit der Zeit variieren. Dies bedeutet, dass jeder Makrocro mehreren (tatsächlich unendlich viele) Mikrostäben entspricht.

Die statistische Thermodynamik stellt eine Verbindung zwischen diesen beiden Ansätzen her. Die Hauptidee ist wie folgt: Wenn viele Microstasters jedem Makrocro entsprechen, trägt jeder von ihnen seinen Beitrag zum Makroständer bei. Dann können die Eigenschaften des Makrofensters als der Durchschnitt für alle Mikrostäbe berechnet werden, d. H. Durch Summieren ihrer Beiträge unter Berücksichtigung des statistischen Gewichts.

Die Mittelung der Mikrostation wird unter Verwendung des Konzepts eines statistischen Ensembles durchgeführt. Ensemble - Dies ist ein unendlicher Satz identischer Systeme, die sich in allen möglichen Mikrostasten befinden, die einer Makrostierung entsprechen. Jedes Ensemble-System ist eine Mikrostation. Das gesamte Ensemble wird von einigen beschrieben verteilungsfunktion durch Koordinaten und Impulse ( p., q, t.), das wie folgt definiert ist:

(p., q, t.) dp dq. - Dies ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Ensemble-System im Volumenelement liegt. dp dq. in der Nähe des Punktes ( p., q) zum Zeitpunkt der Zeit t..

Die Bedeutung der Verteilungsfunktion besteht darin, dass er das statistische Gewicht jeder Mikrostation im Makroständer bestimmt.

Die Definition folgt den Elementareigenschaften der Verteilungsfunktion:

1. Normalovka

. (10.1)

2. positive Gewissheit

(p., q, t.) І 0 (10.2)

Viele makroskopische Systemeigenschaften können als definiert werden mittlere Bedeutungfunktionen von Koordinaten und Impulsen f.(p., q) durch das Ensemble:

Beispielsweise ist die interne Energie der Durchschnittswert der Hamilton-Funktion H.(p.,q):

Die Existenz der Verteilungsfunktion ist die Essenz das Hauptpostulat der klassischen statistischen Mechanik:

Der makroskopische Zustand des Systems ist vollständig durch eine gewisse Verteilungsfunktion definiert, die die Bedingungen (10.1) und (10.2) erfüllt.

Für Equilibriumsysteme und Gleichgewichtssembles ist die Verteilungsfunktion explizit pünktlich: \u003d ( p.,q). Eine explizite Art der Verteilungsfunktion hängt von der Art des Ensembles ab. Drei Haupttypen von Ensembles unterscheiden:

1) Mikrokanonisch Das Ensemble beschreibt isolierte Systeme und zeichnet sich durch Variablen aus: E. (Energie), V.(Volumen), N.(Anzahl der Partikel). In einem isolierten System sind alle Mikrorets gleich ( einstellen einer Prioritätswahrscheinlichkeit):

2) Kanonisches Ensemblebeschreibt Systeme, die sich mit der Umgebung im thermischen Gleichgewicht befinden. Das thermische Gleichgewicht ist durch Temperatur gekennzeichnet T.. Daher hängt die Verteilungsfunktion auch von der Temperatur ab:

(10.6)

(k. \u003d 1,38 10 -23 j / k - Boltzmanns Konstante). Der Wert der Konstante in (10.6) wird durch die Normalisierungsbedingungen bestimmt (siehe (11.2)).

Ein Sonderfall der kanonischen Verteilung (10.6) ist verteilung von Maxwell. Geschwindigkeit V, die für Gase fair ist:

(10.7)

(m. - Masse des Gasmoleküls). Ausdruck (V) d.v Beschreibt die Wahrscheinlichkeit, dass das Molekül einen absoluten Wert der Geschwindigkeit im Bereich von V bis V + hat d.v. Die maximale Funktion (10.7) gibt die wahrscheinlichste Geschwindigkeit von Molekülen und integriert

Mittelmoleküle.

Wenn das System den diskreten Energieniveau aufweist und quantum mechanisch beschreibt, dann anstelle der Hamilton-Funktion H.(p.,q) Benutzte den Hamilton-Betreiber H.Und anstelle der Verteilungsfunktion - der Bediener der Dichtematrix:

(10.9)

Diagonale Elemente der Dichtematrix geben die Wahrscheinlichkeit, dass das System in ist iCH.Energiestaat und Energie hat E I.:

(10.10)

Der konstante Wert wird durch den Zustand der Normalisierung bestimmt: s iCH. = 1:

(10.11)

Der Nenner dieses Ausdrucks wird gemäß den Zuständen als Betrag bezeichnet (siehe Kap. 11). Es ist der Schlüssel zu einer statistischen Bewertung der thermodynamischen Eigenschaften des Systems von (10.10) und (10.11), die Sie die Anzahl der Partikel finden können N I.Energie haben E I.:

(10.12)

(N. - Gesamtzahl der Partikel). Die Teilchenverteilung (10.12) in den Energieniveau werden aufgerufen die Verteilung von Boltzmannund der Zähler dieser Verteilung - der Boltzmann-Faktor (Multiplizierer). Manchmal ist diese Verteilung in einem anderen Formular geschrieben: Wenn es mehrere Ebenen mit derselben Energie gibt E I., sie werden in eine Gruppe kombiniert, indem sie Boltzmann-Faktoren zusammenfassen:

(10.13)

(g I. - Anzahl der Energieniveaus E I.oder statistisches Gewicht).

Viele makroskopische Parameter des thermodynamischen Systems können mit der Bolzzmann-Verteilung berechnet werden. Zum Beispiel wird die durchschnittliche Energie als Mittelwert durch Energieebenen definiert, wobei ihre statistischen Waagen berücksichtigt werden:

, (10.14)

3) Großes kanonisches Ensemblebeschreibt offene Systeme, die sich im thermischen Gleichgewicht befinden und Substanz mit der Umgebung austauschen können. Das thermische Gleichgewicht ist durch Temperatur gekennzeichnet T.und Gleichgewicht durch die Anzahl der Partikel - chemisches Potential. Daher hängt die Verteilungsfunktion von der Temperatur und dem chemischen Potential ab. Expliziter Ausdruck für die Verteilungsfunktion eines großen kanonischen Ensembles Wir werden hier nicht verwenden.

In der statistischen Theorie beweist es, dass für Systeme mit einer großen Anzahl von Partikeln (~ 10 23) alle drei Arten von Ensembles einander entsprechen. Die Verwendung eines Ensembles führt zu denselben thermodynamischen Eigenschaften, sodass die Auswahl eines bestimmten Ensembles des thermodynamischen Systems nur durch die Bequemlichkeit der mathematischen Verarbeitung von Verteilungsfunktionen bestimmt wird.

Beispiele

Beispiel 10-1. Das Molekül kann auf zwei Ebenen mit einer Energie von 0 und 300 cm -1 liegen. Was ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Molekül auf der obersten Ebene bei 250 ° C ist?

Entscheidung. Es ist notwendig, die Verteilung des Boltzmanns anzuwenden, und den Multiplizierer, um die spektroskopische Energieeinheit mit dem SM -1 zu übersetzen hc. (h. \u003d 6,63 10 -34 J. c, c. \u003d 3 10 10 cm / s): 300 cm -1 \u003d 300 6,63 10 -34 3 10 10 \u003d 5,97 10 -21 J.

Antworten. 0.304.

Beispiel 10-2. Das Molekül kann auf einem Niveau mit einer Energie von 0 oder einem von drei Ebenen mit Energie sein E.. Bei welcher Temperatur a) befinden sich alle Moleküle auf der unteren Ebene, b) Die Anzahl der Moleküle auf der unteren Ebene ist gleich der Anzahl der Moleküle in den oberen Pegeln, c) Die Anzahl der Moleküle auf der unteren Ebene ist drei mal weniger als die Anzahl der Moleküle auf den oberen Ebenen?

Entscheidung. Wir verwenden die Bolzzmann-Verteilung (10.13):

aber) N. 0 / N. \u003d 1; exp (- E./kt.) = 0; T. \u003d 0. Bei einer Temperaturabnahme wird das Molekül auf den unteren Ebenen angesammelt.

b) N. 0 / N. \u003d 1/2; exp (- E./kt.) = 1/3; T. = E. / [k. Ln (3)].

im) N. 0 / N. \u003d 1/4; exp (- E./kt.) = 1; T. \u003d. Bei hohen Temperaturen ist das Molekül gleichmäßig über die Energiestufen verteilt, da Alle Boltzmann-Faktoren sind fast gleich und gleich 1.

Antworten. aber) T. \u003d 0; b) T. = E. / [k. ln (3)]; im) T. = .

Beispiel 10-3. Wenn Sie ein thermodynamisches System beheizt haben, steigt die Bevölkerung einiger Ebenen an, und andere nimmt ab. Ermitteln Sie mit dem Boltzmann-Vertriebsgesetz, bestimmen Sie, was der Niveau des Niveaus sein sollte, um ihre Intensität mit zunehmender Temperatur zu erhöhen.

Entscheidung. Die Siedlung ist der Anteil der Moleküle auf einem bestimmten Energiestand. Durch den Zustand sollte das Derivat dieser Temperatur positiv sein:

In der zweiten Zeile haben wir die Definition von Durchschnittsenergie (10.14) verwendet. Somit steigt die Siedlung mit zunehmender Temperatur für alle Ebenen, die die durchschnittliche Energie des Systems überschreiten.

Antworten. .

AUFGABEN

10-1. Das Molekül kann auf zwei Ebenen mit einer Energie von 0 und 100 cm -1 liegen. Was ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Molekül bei 25 ° C auf dem niedrigsten Niveau liegt?

10-2. Das Molekül kann auf zwei Ebenen mit einer Energie von 0 und 600 cm -1 sein. Bei welcher Temperatur auf der obersten Ebene wird zweimal weniger als Moleküle sein als am Boden?

10-3. Das Molekül kann auf einem Niveau mit einer Energie von 0 oder einem von drei Ebenen mit Energie sein E.. Finden Sie die durchschnittliche Energie der Moleküle: a) bei sehr niedrigen Temperaturen, b) bei sehr hohen Temperaturen.

10-4. Wenn Sie von einem thermodynamischen System gekühlt werden, steigt die Bevölkerung einiger Ebenen an, und andere nimmt ab. Stellen Sie mit dem Boltzmann-Vertriebsgesetz fest, was die Energieenergie darin bestehen sollte, um die Intensität mit einer Temperaturabnahme zu erhöhen.

10-5. Berechnen Sie die wahrscheinlichste Geschwindigkeit von Kohlendioxidmolekülen bei einer Temperatur von 300 K.

10-6. Berechnen Sie die durchschnittliche Geschwindigkeit von Heliumatomen unter normalen Bedingungen.

10-7. Berechnen Sie die wahrscheinlichste Geschwindigkeit von Ozonmolekülen bei einer Temperatur -30 ° C.

10-8. Bei welcher Temperatur beträgt die Durchschnittsgeschwindigkeit von Sauerstoffmolekülen 500 m / s?

10-9. Unter bestimmten Bedingungen beträgt die Durchschnittsgeschwindigkeit von Sauerstoffmolekülen 400 m / s. Was ist die Durchschnittsgeschwindigkeit von Wasserstoffmolekülen unter den gleichen Bedingungen?

10-10. Was ist der Anteil der Moleküle? m.Geschwindigkeit über dem Durchschnitt bei Temperaturen T.? Hängt diesen Anteil von der Masse von Molekülen und Temperatur ab?

10-11. Berechnen Sie mit der Verteilung von Maxwell die durchschnittliche kinetische Energie der Massenmoleküle m. bei einer Temperatur. T.. Ist diese kinetische Energie gleich mittlerer Geschwindigkeit?

Zusammenfassung für Disziplin: "Physik"

Abgeschlossen: Student durch die Korrespondenzabteilung 2 Kurs (4.5)

Fakultät: W und Mironenko S. A.

Kasachstan Universität innovativer und Telekommunikationssysteme

Kapitel 1: Erster Anfang der Thermodynamik

Die erste Oberseite der Thermodynamik ist das Gesetz der Erhaltung und Umdrehung der Energie. Nach diesem Gesetz ändert sich die Energie eines isolierten Systems (gleich der Summe aller in dem System verfügbaren Energietypen), dass sich keine im System auftretenden Prozesse ändert: Die Energie wird nicht zerstört und nicht erstellt.

Das Konzept der Energie ist untrennbar mit der Bewegung der Materie verbunden: Energie ist ein körperliches Maß für die Bewegungsbewegung. Der Unterschied in bestimmten Arten von Energie ist auf den qualitativen Unterschied in bestimmten Bewegungsformen des Materials tel zurückzuführen. Gegenseitige Energietransformationen von Körpern spiegeln die grenzenlose Bewegungsfähigkeit wider, um sich von einer Formulare an andere zu bewegen; Folglich drückt die Erhaltung der Energie die Tatsache der Nicht-Rentabilität der materiellen Welt aus.

Basierend auf dem Erhaltungsgesetz und der Energieumwandlung können quantitative Beziehungen zwischen verschiedenen separaten Energiearten festgelegt werden. Wenn in der Tat, wenn verschiedene Arten von Energie in solchen Mengen aufgenommen werden, die jeder von ihnen verursacht, dass jeder und auch eine Änderung des Zustands dieses Systems verursacht, dann sind die angegebenen Energiemengen der verschiedenen Arten aufgrund der Gegenseitigkeit gleichwertig.

Nach dem Lomonosov, der russische Akademiker-Gess (1840g.), Joule (1840), Mayer (1842), waren Helmholz (1847), mit der Begründung und Entwicklung des Erhaltung der Erhaltung und der Umwandlung von Energie tätig.

Die erste experimentelle Bestätigung der Gleichwertigkeit von Hitze und Arbeit war die berühmte Jouleerfahrung. In dieser Erfahrung (genauer in vielen Experimenten) wurde die mechanische Arbeit aufgrund der Wirkung der Reibungskräfte in die Arbeit, und der Betrag der aufgegebenen Arbeit war immer die voll definierte Menge an Wärmeaussichten. Somit wurde die Gleichwertigkeit von Wärme und Arbeit nachgewiesen und das mechanische Äquivalent der Wärme wurde installiert. Die Joule erwies sich als sehr nahe an der modernen Bedeutung davon (der Unterschied überschreitet nicht 8%).

Begeben Sie sich durch die Gesamtenergie des thermodynamischen Systems, unabhängig von den spezifischen Formularen, in denen er sich im System befindet. Nach dem Erhaltungsgesetz und dem Umdrehen der Energie ist die gesamte Energie geschlossen, wenn das isolierte thermodynamische System sich nicht im Laufe der Zeit ändert, d. H.

Oder das auch am meisten

Betrachten Sie zunächst ein adiabatisch isoliertes geschlossenes System. Ein solches System kann mechanisch mit umgebenden oder äußeren Körpern interagieren und ist daher nicht geschlossen. Beim Umzug von einem Zustand zum anderen macht dieses System den Betrieb des Volumens des Volumens L gleich dem Gesetz der Erhaltung und Umwandlung der Energie der Energie des Systems, d. H.

Im allgemeinen Fall eines nicht isolierten thermodynamischen Systems, das in der mechanischen und thermischen Wechselwirkung mit den umgebenden Körper ist, wird eine Änderung der Energie des Systems mit dem System der Arbeit l und dem resultierenden System mit der Wärmemenge wie folgt verbunden , resultiert aus dem Erhaltungsgesetz und der Umwandlung von Energie, durch das Verhältnis:

Tatsächlich ändern die umliegenden Körpern ihr Volumen nicht und daher und produzieren Sie keine Arbeit. Dann ist das thermodynamische System zusammen mit den umgebenden Körper ein adiabatisches isoliertes Komplexsystem, und zwar, dass die gesamte Arbeit dieses komplexen Systems vom anfänglichen System durchgeführt wird und gleich L ist, bezeichnen Sie die Energie der umgebenden Körper durch, und die Energie eines komplexen Systems, gleich der Summe der Energie des anfänglichen Systems und der umgebenden Körper, über e *. Dann nach Gleichung (2)

Jene. () - () \u003d - L,

von wo es folgt \u003d - L.

Da alle Arbeit L gemäß dem obigen, dem System selbst und nicht umgebenden Körper ausgeführt wird, ist der Verlust der Energie der umgebenden Körper die Energie der Wechselwirkung des Systems mit den umgebenden Körper, die in der anderen Umgebung emittiert werden als arbeiten, dh In Form von Wärme. Daher die Hitzemenge. Durch das von den umliegende Körper unter Berücksichtigung des Systems erhalten,

Ersetzen in Gleichung \u003d - L Differenz über Q, dann erhalten wir Gleichung (3). Gemäß Gleichung (3) ist die Änderung der Energie des thermodynamischen Systems gleich der Differenz zwischen dem erhaltenen System von Wärme q und der von ihr ausgeführten Arbeit, L. Gleichung (3) ist ein allgemeiner analytischer Ausdruck des ersten Starts des Sprechers.

Der erste Start der Dynamik ist ein Sonderfall des allgemeinen Gesetzes der Energieeinsparung. Der Grund, für den der "Erste Anfang der Thermodynamik" in der Thermodynamik bevorzugt ist, und nicht das "Energieerhaltungsgesetz" ist, dass die Folge der Energieeinsparung in jedem System der Funktion der staatlichen inneren Energie (sowie Enthalpie), das ist einer der wichtigsten thermodynamischen Werte.

Kapitel 2: Der zweite Start der Thermodynamik

Wenn wir von einem ersten Start der Thermodynamik vorgehen, ist es legitim, anzunehmen, dass ein erdenklicher Prozess, der dem Gesetz der Energieeinsparung nicht widerspricht, grundsätzlich möglich ist und in der Natur auftreten könnte.

Es wäre möglich, beispielsweise anzunehmen, dass im Wärmeaustausch zwischen zwei Körper mit unterschiedlichen Wärmetemperaturen sowohl vom Körper mit einer großen Temperatur und dem gegenüberliegenden Körper mit einer kleineren Temperatur mit einer größeren Temperatur mit einer größeren Temperatur bewegt werden kann . Die einzige Einschränkung, die der erste Anfang der Thermodynamik zu diesem Prozess auferlegt, ist in der Anforderung der Gleichheit der Wärmemenge, gegeben an der ersten Wärme, die durch den zweiten erhalten wird (vorausgesetzt, dass es keine nützliche externe Arbeit erzeugt). Die Antwort auf die Frage der Richtung, in der der Übergang der Wärme zwischen zwei Körpern wirklich auftritt, und andere echte makroskopische Prozesse und gibt den zweiten Beginn der Thermodynamik. Die Vielfalt der Prozesse der gegenseitigen Umwandlung von Wärme in Betrieb und verschiedene Aspekte, in denen diese Prozesse berücksichtigt werden können. Erläutern Sie das Vorhandensein mehrerer Formulierungen des zweiten Starts der Thermodynamik.

Der zweite Start der Thermodynamik für die Theorie der thermischen Motoren ist wichtig. Der Thermomotor ist eine kontinuierlich aktive Vorrichtung, deren Ergebnis die Umwandlung von Wärme in Betrieb ist. Der zweite Anfang der Thermodynamik argumentiert, dass nur ein Teil der erhitzten Wärme in Wärmemotoren umgewandelt werden kann. Daher ist ein nützlicher Effekt, und daher ist der Effizienz des Motors durch das Verhältnis der Wärmemenge gekennzeichnet, die in nützliche Arbeit umgewandelt wurde. Auf die gesamte erhitzte Wärme. Dieses Verhältnis wird als effizienter KP bezeichnet. Motor; jene. Maximal, Wert KP. Auf der Grundlage des zweiten Starts der Thermodynamik installiert.

Mit Hilfe des zweiten Starts kann die Thermodynamik sowie auf der Grundlage des ersten Starts der Thermodynamik, basierend auf den bekannten physikalischen Eigenschaften der Substanz, um andere Eigenschaften davon vorherzusagen und quantitative Beziehungen zwischen ihnen vorzunehmen. Dies ist die Prinzipierte Bedeutung des Beginns des zweiten Beginns der Thermodynamik, um die physikalischen Eigenschaften von echten Körper zu untersuchen.

2.1. Die erste Formulierung des zweiten Starts der Thermodynamik

Mit Wärmeaustausch zwischen zwei oder mehr Wärmekörpern erscheint es von sich nur vom Körper mit einer höheren Temperatur mit einer höheren Temperatur mit einer niedrigeren Temperatur, aber im Gegenteil; Der nicht kompensierte Wärmeübergang von dem Körper mit einer geringeren Temperatur an den Körper mit einer größeren Temperatur ist nicht möglich.

Von dieser Behauptung folgt, dass es in irgendeiner Weise nicht möglich ist, den Übergang von Wärme von dem weniger erhitzten Körper an ein mehr erhitztes durchzuführen, so dass andere am Körper am Ende des Prozesses in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehrt, d. H. Ohne die Entstehung einiger restlicher oder "kompensatorischer" Änderungen

(Zum Beispiel ohne die Kosten oder Ausübung eines anderen Äquivalents, um nützliche externe Arbeiten, den Prozess, den Prozess). Im Gegenteil, aus dem erhitzten Körper der beheizten Hitze kann allein gehen, d. H. Wenn andere Körper an diesem Prozess beteiligt sind, können sie am Ende des Prozesses in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehren. All dies bedeutet, dass der Prozess des Wärmeaustauschs mit der Endtemperaturdifferenz ein streng einseitiger irreversibles Verfahren ist.

2.2. Zweite Formulierung des zweiten Starts der Thermodynamik

Der Wärmemotor, mit dem es möglich wäre, die von jedem Körper erhaltene Wärme vollständig zu drehen, und so, dass die Körper mit einer geringeren Temperatur, die an dem Prozess beteiligt sind, nicht an jede Wärme übertragen wurden, als Ewiger Motor von die zweite Art.

Mit Hilfe des Sekundärmotors der zweiten Art wäre es möglich, einen Job auf Kosten der Körperkühlung (dh die einzige Wärmequelle) ohne den Teil der Wärme, der anderen Körpern gegeben ist, einen Job zu erhalten. Der Teil der Wärme, der von der Wärmequelle mit anderen Körpern im Prozess der Umwandlung von Wärme zur Arbeit übertragen wird, ist ein "Restwechsel" und wird als "Kompensationseffekt" oder einfach "Kompensation" bezeichnet. In diesem Sinne kann der ewige Motor der zweiten Art als unkomplizierter Thermomotor betrachtet werden.

In Verbindung mit der Einführung des Konzepts des ewigen Motors der zweiten Art kann der zweite Anfang der Thermodynamik auch wie folgt formuliert werden: Der ewige Motor der zweiten Art ist nicht möglich. Mit anderen Worten, es ist unmöglich, einen Wärmemotor auszuführen, dessen nur das Ergebnis die Wärme jedes Körpers umwandeln würde, um zu arbeiten, ohne dass der Teil dieser Wärme auf andere Körper übertragen wird.

Diese Erklärung widerspricht nicht nur nicht, sondern entspricht im Gegenteil der ersten Formulierung des zweiten Starts der Thermodynamik. In der Tat, wenn es möglich wäre, positive Arbeit auf Kosten der Kühlung nur eine einzige Wärmequelle zu erhalten, und so dass die gesamte Wärmequelle in Betrieb wurde, ohne einen bestimmten Anteil dieser Wärme an diejenigen, die mit niedrigerer der Quelle ist, die Temperatur, das Drehen der resultierenden Arbeiten bei einer Temperatur bei einer Temperatur ist höher als die Temperatur der Quelle, wir würden dabei die Wärme mit höherer Temperatur mit einer höheren Temperatur mit einer höheren Veränderung des Zustands derjenigen, die an dem Prozess beteiligt sind, auf den Körper übertragen. Wissen Sie bereits, ist unmöglich.

Kapitel 3: Dritter Beginn der Thermodynamik

Beim Studieren der Eigenschaften verschiedener Substanzen bei niedrigen Temperaturen in der Nähe von absolutem Null (t \u003d 0) wird das folgende wichtige Muster im Verhalten von echten Substanzen gefunden: Im Bereich von absolutem Nullpunkt tut die Entropie des Körpers in einem Equilibriumstaat Nicht von der Temperatur, des Volumens und anderen Parametern abhängen, die den Zustandskörper kennzeichnen, d. H. bei (wo ).

Dieses Ergebnis, das eine Verallgemeinerung einer Reihe von experimentellen Daten ist und nicht direkt aus dem ersten oder zweiten Start der Thermodynamik erweist, ist der Inhalt des thermischen Satzes des Nernst.

Aus dem thermischen Satz folgt vor dem absoluten Null von Wärme und, gleich, jeweils T und T, aufgrund der Gleichheit Null mit Derivaten und auf Null auftragen; Im Allgemeinen ist bei t \u003d 0 gleich Null-Wärmekapazität eines beliebigen Prozesses . Auf dieselbe Weise, wenn sich auf Null und Derivat (und folglich den Wärmeausdehnungskoeffizienten) entsprechen, der dem Ausdruck entspricht derivat

In jedem Zustand auch immer - flüssig oder hart in Form einer reinen Substanz oder einer chemischen Verbindung gab es eine Substanz, die Entropie gemäß dem thermischen Satz mit dem gleichen Wert hat (es sei denn, der Inhalt in jedem dieser Zustände ist natürlich der Fall ist im thermodynamischen Gleichgewicht), das beispielsweise mit Entropie einer Substanz in einem flüssigen und festen Zustand gleich ist, ist gleich, und die Entropie einer Mischung aus 1 kmol Substanz A und 1 kmol Substanz B ist gleich der Entropie 1 kmol von chemische Verbindung A und B.

Die Konstanz der Entropie bedeutet, dass im Bereich von absolutem Null immer Null gleich ist, d. H. Jeder der Isothermus fällt mit Adiabata zusammen. Somit ist das gesamte isotherme System, wenn es sich als adiabatisches System verhält und nur auf Kosten seiner inneren Energie arbeiten kann, wobei keine Wärme von den umgebenden Körper aufgenommen wird und ohne es Wärme zu geben, und. Im Gegenteil, jedes adiabatische System unterscheidet sich in diesem Bereich nicht von isothermischer.

Von letzteren folgt, dass durch die adiabatische Expansion des Körpers, um absolute Null zu erreichen, unmöglich ist. Es ist ebenso unmöglich, eine absolute Null zu erreichen, und mit der Hilfe der Entfernung von Wärme aus dem Körper, da jeder der Körper mit einem beliebigen Prozess die Zustandsänderung den konstanten Wert der Entropie behält, d. H. Es hört auf, die Wärmeumgebung zu geben.

Der Placker kam zu dem Schluss, dass bei der absoluten Nulltemperatur die Entropie aller Substanzen in einem Gleichgewichtszustand, unabhängig von Druck, Dichte und Phasen, anspruchslos an Null, d. H. .

Diese Erklärung ist der Inhalt des dritten Prinzips der Thermodynamik.

Gase unter Inscript-niedrigen Drücken sind bei Temperaturen, die signifikant groß sind, verglichen, und nur bei sehr niedrigen Drücken erreichen Temperaturen in der Nähe. Daher bezieht sich das dritte Prinzip der Thermodynamik hauptsächlich auf kondensierte Systeme, d. H. Für feste und flüssige Körper (aus allen Substanzen bleibt nur Helium2 flüssig mit und Drücken von etwa 1 bar; Alle anderen Substanzen bewegen sich auf den festen Zustand auf die Temperatur

Ab dem dritten Start der Thermodynamik fließt die folgende wichtige Folge.

In der Nähe des absoluten Nullpunkts werden alle thermodynamischen Werte, die den Gleichgewichtskörperzustand kennzeichnen, aufgehört, um von der Temperatur abhängig zu sein. Dies bedeutet, dass private Derivate der Temperatur nicht nur in der Entropie, wie bereits erwähnt, sondern auch von allen anderen thermodynamischen Funktionen, beispielsweise internen Energie, Enthalpie usw. sowie Druck und Volumen, wenn sie auf Null angewendet werden.

Das dritte Prinzip der Thermodynamik ist eine makroskopische Manifestation der Quanteneigenschaften von Materie; In diesem Sinne ist es ein genaues Gesetz.

Basierend auf dem dritten Start der Thermodynamik kann gemäß der bekannten Größe der Wärmekapazität der Absolutwert von thermodynamischen Funktionen berechnet werden. So werden beispielsweise die Werte der Entropie und der Enthalpie des Körpers bei einer bestimmten Temperatur und Druck durch die Gleichungen bestimmt

,

darüber hinaus wird der Wert, der unter dem Integralzeichen steht, in diesem Druck aufgenommen.

Nach dem Gesetz von Dulong und dem pH-Wert ist die Wärmekapazität des Festkörpers bei hohen Temperaturen nahezu konstant und ist gleich 6 ° C / Hagel pro 1 kg ∙ Atom.

Das dritte Prinzip der Thermodynamik wird häufig wie folgt formuliert: Es können keine Mittel auf den Körper auf absolute Null gekühlt werden, d. H. Absolute Null ist unerreichbar. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Möglichkeit der Erlangung von Temperaturen, willkürlich nahe an

Kapitel 4: Thermodynamischer Zustand und Potenzial

4.1. Statusfunktionen

Die innere Energie des Körpers u, seine Enthalpie I und Entropie S sind Funktionsfunktionen; Daher sind jede Kombination u, s und thermische Parameter p, v, t eine Funktion der Körperzustandsfunktion. Von all diesen Kombinationen, denen die von Körpern hergestellten Arbeiten am besten in der Änderung seines Staates ausdrücken.

4.2. Maximale Arbeit.

Die maximal nützliche externe Arbeit ist die Arbeit, die das System über das externe wärmeisolierte Arbeitssystem im reversiblen Prozess 1-2 erzeugt wird, an dem die externe Arbeitsquelle ausgegeben werden sollte, um das System von Staat 2 in seinen ursprünglichen Zustand zurückzugeben In den gleichen Bedingungen, .. Der Betrieb des umgekehrten reversiblen Verfahrens 2 - 1 wird als minimale Arbeit bezeichnet; dabei .

In der allgemeinsten Fall besteht aus zwei Teilen: Arbeiten mit einer Änderung des Volumens und der Arbeit, die nicht mit dem Volumenänderungen zusammenhängt.

In Zukunft werden folgende zwei Fälle in Betracht gezogen: 1) Die Arbeit wird von einem einzigen homogenen Körper in Gegenwart von Wärmequellen unterschiedlicher Temperaturen hergestellt; 2) Die Arbeit wird vom Körper hergestellt. In der Umwelt sind der Druck und die Temperatur unverändert.

4.3. Maximale Körperarbeit

Das externe Arbeitsgegenstand (Arbeitsquelle) wird davon ausgegangen, dass es von dem Körper thermisch isoliert ist, wodurch die Wechselwirkung zwischen dem Körper und der Arbeitsquelle ausschließlich mechanisch ist; An jedem Punkt des reversiblen Prozesses hat die Arbeitsquelle Druck auf den Körper. Genau gleicher Druck des Körpers.

Finden Sie einen Ausdruck für maximale Arbeit, der vom Körper ausgeführt wird, wenn er vom Anfangszustand 1 in den Endzustand 2 unter Beachtung der Bedingungen, wenn einer der thermodynamischen Parameter den konstanten Wert behält.

Betrachten Sie zu Beginn eines reversiblen isoentropischen Prozesses der Änderung des Körpers des Körpers, gekennzeichnet durch die Konstanz der Entropie des Körpers :. In diesem Fall begann die Thermodynamik vom ersten und dem zweiten

oder dass dasselbe die thermodynamischste Identität ist

(5)

; .

Somit ist mit einem isentropischen Prozess die maximale Arbeit der Volumenänderungen gleich dem Verlust der inneren Energie, und die maximal nützliche externe Arbeit, die mit einer Volumenänderung verbunden ist, entspricht der Abnahme der Enthalpie.

Wir definieren jetzt die maximal mit einem isothermen Prozess erzeugten Arbeit, d. H. beim. Betrachten Sie einen reversiblen isothermen Übergang des Körpers aus dem anfänglichen Zustand 1, um 2 (sowohl die ersten als auch die endgültigen Zustände, da der reversible Prozess berücksichtigt wird. Sie sind Gleichgewicht und gekennzeichnet durch den gleichen Temperaturwert), um eine Quelle umzusetzen Die Wärme der gleichen Temperatur als Körpertemperatur im Anfangszustand.

Aus u, s, t nächsten Ausdruck:

F \u003d u - ts. (6)

Die Funktion des Zustands F wird als Halmholtz-Energie bezeichnet (zuvor wurde er freie Energie genannt).

Es ist leicht, sicherzustellen, dass die Abnahme dieser Funktion, d. H. Die Differenz ist numerisch gleich dem maximalen Betrieb des Änderns des von dem Körper ausgeführten Volumen mit einem reversiblen isometrischen Übergang aus dem Anfangszustand 1 bis zum Endzustand 2. in der Tat nach dem ersten Anfang der Thermodynamik

,

aufgrund der Umkehrbarkeit des Prozesses und der Konstanz der Körpertemperatur

.

Auf diese Weise,

(7)

Wir definieren die maximale externe Arbeit, die vom Körper über das externe Arbeitsgegenstand während des reversiblen isometrischen Prozesses hergestellt werden kann.

Wie nach dem ersten Beginn der Thermodynamik

,

und mit einem reversiblen isometrischen Prozess

Der Wert der Funktion des Zustands wird als Energie von Gibbs (Isobarisches Potenzial) bezeichnet und von F bezeichnet:

Wie wir gerade sicher gemacht haben

(9)

jene. Die maximal vorteilhafte externe Arbeit mit einem isothermen Prozess entspricht dem Verlust von Gibbs-Energie.

4.4. Maximale Arbeit,

vom Körper in der Umwelt produziert

Wenn sich der Körper in der Umgebung befindet, deren Temperatur und Druck konstant und gleich, ist, dann nützliche äußere Arbeit, die vom Körper in Prozess 1 - 2 über dem äußeren Arbeitsgegenstand erzeugt werden können, ist

wo - bzw. innere Energie, Entropie und Körpervolumen;

Dementsprechend ist die innere Energie, Entropie und das Volumen des gesamten Systems insgesamt, d. H. Körper und Umwelt.

Die maximale Arbeit erfolgt durch den Körper, wenn der reversible Prozess 1 - 2, wann; Es ist gleich dem Rückwärtszeichen der Mindestarbeit, d. H.

Es wird davon ausgegangen, dass alle Arbeiten an einem externen Objekt (Quelle) der Arbeit nur vom Körper durchgeführt wird; Die Umwelt mit einer externen Arbeitsquelle interagiert nicht und macht keine äußere nützliche Arbeit. Dementsprechend haben wir in der reversiblen Änderung des Umweltzustands auf der Grundlage der thermodynamischen Identität

Da beim Ändern der Entropie der Umwelt und des Körpers mit der Beziehung verbunden ist , aber unter dem Zustand des Konstanzvolumens des gesamten Systems insgesamt Dann kann dieses Verhältnis in der Form neu geschrieben werden

Wir bestimmen nun die nützliche externe Arbeit, die von dem adiabatisch isolierten System erzeugt wird, das der Körper mit der Umgebung ist.

Das isolierte System hat ein dauerhaftes Volumen, und darauf ist alles, was von ihm hergestellt wird, nützliche externe Arbeiten mit einer Volumenänderung nicht verbunden.

Die reversible Änderung des Status eines komplexen isolierten Systems bedeutet folgendes. Das isolierte System besteht aus dem allgemeinsten Fall von einzelnen, verschiedenen Teilen voneinander (zum Beispiel durch Temperatur, Druck, Zusammensetzung usw.), was im Allgemeinen nicht einmal miteinander verbunden sein kann. Die Entropie, das interne Energievolumen des Systems insgesamt ist gleich der Menge an Entropie, internen Energien über die Volumina der Systemkomponenten. Wenn die Temperatur, Druck, Zusammensetzung oder andere Eigenschaften verschiedener Teile des Systems unterschiedlich sind, ist der Zustand des Systems nicht natürlich der Zustand des kompletten thermodynamischen Gleichgewichts und muss durch die Wirkung verschiedener Regler aufrechterhalten werden; Adiabatische Trennwände, Hartwände, halbdurchlässige Partitionen usw. Wenn die Aktion der Regler ziemlich langsam durchgeführt wird, d. H. Quasistatisch, so dass in jeder Zeit jeder der Teile des Systems im lokalen Gleichgewicht ist, und die gemeinsame Entropie und das System des Systems bleiben unveränderte Werte beibehalten, wird der Systemstatus geändert.

Ersetzen in Gleichung (10) Der Wert, wie oben erwähnt, sind wir überzeugt, dass die maximal nützliche externe Arbeit des adiabatisch isolierten Systems bei umgekehrter Änderung der inneren Energie des Systems entspricht:

Der Wert ist der maximal nützliche externe Betrieb des adiabatisch isolierten äußeren Systems mit einer reversiblen Änderung in seinem Zustand, wenn das Volumen und die Entropie des Systems den konstanten Wert behalten.

Von der thermodynamischen Identität kann auch ein Ausdruck für die maximal nützliche externe Arbeit erhalten werden, wenn er die Werte nicht ändert und;

Wir finden jetzt die vom Körper erzeugte Arbeit im isentropischen Prozess. Wenn der Körper des Körpers in der Umgebung isoentrop variiert, dann und deshalb gemäß Gleichung (10) der maximal nützliche äußere Körper arbeitet

Wenn sich der Körperdruck im isentropischen Prozess nicht ändert und dem Druck der Umgebung entspricht, d. H. Dann auf der Grundlage des Ausdrucks (11)

(15)

Der Ausdruck (13) behält seine Festigkeit bei, falls der Körperdruck in den Anfangs- und Endzuständen dem Druck der Umwelt und in Zwischenzuständen gleich ist, d. H. Der Körper in den Anfangs- und Endzuständen ist im Gleichgewicht mit der Umgebung, und in den Zwischenzuständen besteht in den Zwischenzuständen kein Gleichgewicht zwischen dem Körper und dem Medium.

Da der Körper zusammen mit der Umgebung ein adiabatisch isoliertes System ist, bestimmt die Gleichung (13) auch die nützliche externe Arbeit des adiabatisch isolierten Systems.

Es ist klar, dass mit nützlicher äußerer Arbeit nicht mit einer Änderung des Körpervolumens verbunden ist, d. H. gleich.

Der Ausdruck (14) trifft in den Fall in den Zwischenstaaten und, jedoch in endlichen und anfänglichen Zuständen.

Wenn der Körperdruck ausnahmslos ist, und die Körpertemperatur ist gleich der Umgebungstemperatur (oder wenn in den Anfangs- und Endzuständen, ), T.

(17)

4.5. Maximale Arbeit.

wenn sich der Körper in den Gleichgewichtsstatus bewegt

mit der Umgebung

Wir finden die maximal nützliche externe Arbeit, die vom Körper über das externe Arbeitsgegenstand erzeugt wird, wenn der Körperübergang vom Anfangszustand 1 (das das Gleichgewicht sein soll) zu einem Gleichgewichtszustand mit einem externen Medium mit konstanter Temperatur und Druck . Nützliche externe Arbeit, erzeugt während des umgekehrten Übergangs, auf der Grundlage der ersten und der zweiten Beginn der Thermodynamik

(18)

wo ist die Superkala?

Die Exsiggy ist keine eindeutige Funktion des Körpers. In derselben Selbstbedingung wird der Körper in derselben Selbstbedingung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur einen anderen Wert der Exxigelung aufweisen. Daher ist der Wert im Wesentlichen Hilfsstoff; Die Einführung ist nur auf einige Bequemlichkeit in Berechnungen in Bezug auf technische Anwendungen zurückzuführen.

4.6. Thermodynamische Potenziale

Analogie mit Mechanik, wo die Arbeit im Bereich der konservativen Kräfte numerisch der Potentialdifferenz in den Anfangs- und Endpunkten ist, sind Funktionen ,,,, der Unterschied der Werte, deren Werte in zwei Zuständen gemäß den Ausdrücken ist (5) - (17) Der maximal nützliche externe Vorgang, der vom System mit umgekehrter Übergang unter geeigneten Bedingungen von einem Zustand zur anderen erzeugt wird, wurde der Name thermodynamischer Potentiale erhalten. Jedes der thermodynamischen Potentiale ist die eindeutige Funktion des Systemstatus.

In der Thermodynamik bezieht sich das Konzept des thermodynamischen Potenzials auf das gesamte System als Ganzes (während in der Physik normalerweise mit einem bestimmten Potenzial umgehen).

Die Arbeit wird manchmal als "verwandte Energie" bezeichnet. Dieser Name wird klar, wenn er sich erinnert, wenn er sich an den umgekehrten isometrischen Prozess erinnert, dass alle Arbeiten aufgrund der Energie des Helmholtz und dem Wert, der Komponente zusammen mit der inneren Energie des Körpers durchgeführt wird, nicht in die Arbeit umgewandelt wird.

Kapitel 5: Die Gleichgewichtsphase und die Transformationsphase

5.1. Phasenübergänge

Jede Substanz kann in verschiedenen Phasen sein, die verschiedene Aggregate (d. H. Gasförmiger, flüssiger, kristalliner und Plasma) der Substanz sind, und im Falle eines kristallinen Zustands in allotropen Sorten der letzteren. Jede der Phasen ist ein homogenes System mit den gleichen physikalischen Eigenschaften in allen Teilen. Das charakteristische Merkmal der Phasen ist das Vorhandensein von Grenzen, die diese Phase von anderen Phasen in Kontakt mit ihr trennen. Der in den Phasen innebstierende räumliche Differenz ermöglicht die mechanische Trennung von ihnen.

Die Substanz kann sich von einer Phase zum anderen bewegen; Dieser Übergang wird als Phasenübergang oder Phasentransformation bezeichnet.

Der Übergang einer Substanz aus kondensiertem (d. H. Feste oder flüssiger) Phase in gasförmig wird Verdampfung oder Verdampfung (und für Festkörper, darüber hinaus, Sublimation oder Sublimation), bezeichnet; Reverse-Übergang wird Condensation bezeichnet. Der Übergang von der festen Phase zur Flüssigkeit wird als Schmelzen genannt, und der umgekehrte Übergang von der flüssigen Phase zur Erstarrung oder Kristallisation.

Phasenübergänge werden von der Absorption oder der Absorption von Wärme begleitet, die als Wärme des Phasenübergangs bezeichnet wird (die spezifische Wärme des Phasenübergangs wird durch angedeutet).

5.2. Allgemeine Phasengleichgewichtsbedingungen

Das Gleichgewichtskoexistenz mehrerer Lastwagen ineinander wird als Phasengleichgewicht bezeichnet. Um die Bedingungen des Phasengleichgewichts zu finden, berücksichtigen Sie den Anfang des Gleichgewichtszustands des Systems, das aus zwei Phasen derselben Substanz besteht.

Um das Gleichgewicht zwischen beiden Inhibitorphasen der Substanz, notwendigerweise das gleiche wie für einen homogenen Körper. Die Erfüllung der Bedingungen des mechanischen und thermischen Gleichgewichts ist der gleiche Druck und die Temperatur beider Phasen. Im Gegensatz zum homogenen Körper für das Gleichgewicht von koexistierenden Phasen, von denen sich jeder zu einem anderen bewegen kann, reichen diese Bedingungen nicht aus. Für das Gleichgewicht ist es zusätzlich notwendig, nicht das bevorzugte Wachstum einer Phase aufgrund der anderen, d. H. Um die Stabilität der Phasen im Gleichgewichtszustand. Diese dritte Bedingung ist von den allgemeinen Gleichgewichtsbedingungen.

Angenommen, der Druck und die Temperatur des Zweiphasensystems sind konstant und gleich und (unter Druck und Temperatur des Zweiphasensystems werden durch Druck und Temperatur einer der Phasen impliziert, da bei gleichem Gleichgewicht beide Phasen den gleichen Wert haben und).

Mit dauerhafter und energie des Systems des Systems in einem Gleichgewichtszustand, je nach Zustand des thermodynamischen Gleichgewichts des Systems unter konstantem Druck und Temperatur, ist es die minimale Energie der HBBs der F-Systeme: Mindestens ein Minimum dh Df \u003d 0. Aber im Fall des Zweiphasensystems

so beträgt das Gleichgewicht, das folgende Erscheinungsbild:

oder wenn man bedenkt, dass , erhalten

.

Seit damals

(19)

Die resultierende Gleichung ist der gewünschte Equilibriumzustand der dritten Phase.

Folglich ist der Gleichgewichtszustand des Zweiphasensystems Gleichheit von Drücken und Temperaturen beider Phasen und ihren chemischen Potentialen:; ; (zwanzig)

Referenzliste

"Thermodynamik" Tutorial für Universitäten, 1972. Autoren M.P. DVUKOVICH UND I.I.NOVIKOV

Thermodynamisches System, Team und sein Zustand. Das Ensemble-Verfahren. Entropie und Wahrscheinlichkeit. Gibbs kanonisches Ensemble. Kanonische Verteilung. Gibbs-Faktor. Wahrscheinlichkeit, freier Energie- und Statistikbetrag.

System- und Subsysteme. Allgemeine Eigenschaften statistischer Summen. Die statistische Summe des Testpartikels und des Teams.

Perfektes Gas. Bolzzmann Verteilung. Bolzzmann Faktor. Quantenzustände und diskrete Ebenen von einfachen molekularen Bewegungen. Statistisches Gewicht (Degeneration). Beträge in den Leveln und Beträgen gemäß den Zuständen.

Lokalisierte und delokalisierte Systeme. Übersetzungssumme der Zustände, Unterscheidbarkeit von Partikeln, Standardvolumen. Die Rotationssumme der Pegel des Diatommoleküls, der Orientierung der Unindingierbarkeit und der Anzahl der Symmetrie. Statistische Summen für ein und mehrere Rotationsgrade der Freiheit. Der oszillatorische statistische Betrag in der harmonischen Annäherung. Korrektur statistischer Summen einfacher Bewegungen. Null-Niveau der Schwingungen, molekularen Energieskala und molekularer Summe der Zustände.

Kostenlose Energie A und Statistische Formeln für thermodynamische Funktionen: Entropie S, Druck P, innere Energie U, Enthalpie H, Gibbs GBS Energie, Chemisches Potential M. Chemische Reaktion und Gleichgewichtskonstante KP im System perfekter Gase.

1. Einleitung. Eine kurze Erinnerung an die grundlegenden Informationen von der Thermodynamik.

... Komfortably thermodynamische Argumente und die mit ihnen definierte Statusfunktion wird als einzelne Anordnung von miteinander verbundenen Variablen dargestellt. Diese Methode wurde von Gibbs vorgeschlagen. Sagen wir also sagen, Entropie, die per Definition eine Funktion eines Staates ist, in eine Kategorie einer von zwei natürlichen Kalorienvariablen bewegt, was in dieser Qualitätstemperatur ergänzt wird. Und wenn in allen kalorischen Prozessen die Temperatur wie eine intensive (Leistung) variable aussieht, erwirbt die Entropie den Status einer umfangreichen Variablen - die thermische Koordinate.

Dieses Array kann immer mit neuen Zustandsfunktionen ergänzt werden oder nach Bedarf durch die Gleichungen eines Zustands, der Argumente zwischen sich bindet. Die Anzahl der Argumente, die minimal, der für eine erschöpfende thermodynamische Beschreibung des Systems erforderlich ist, wird als Zahl der Freiheitsgrade bezeichnet. Es wird aus den grundlegenden Überlegungen der Thermodynamik bestimmt und kann aufgrund unterschiedlicher Kommunikationsgleichungen reduziert werden.

In einem solchen einzelnen Array können die Argumente und Funktionsfunktionen geändert werden. Diese Technik wird bei der Konstruktion von umgekehrten und impliziten Funktionen häufig in der Mathematik verwendet. Der Zweck solcher logischen und mathematischen Techniken (ausreichend dünn) ist eins - die Erreichung der maximalen Kompaktheit und dem Kabelbaum des theoretischen Schemas.

2. charakteristische Funktionen. Differentialgleichungsmasse.

Die Anordnung der Variablen P, V, T erhöht bequem die Zustandsfunktion S. Es gibt zwei Kommunikationsgleichungen zwischen ihnen. Einer von ihnen wird in Form der postulierten Interdependenz der Variablen F (p, v, t) \u003d 0 ausgedrückt. Viel über die "Zustandsgleichung", meistens ist es diese Abhängigkeit. Jede Zustandsfunktion entspricht jedoch einer neuen Zustandsgleichung. Entropie per Definition hat eine Zustandsfunktion, d. H. S \u003d s (p, v, t). Daher gibt es zwei Krawatten zwischen vier Variablen, und nur zwei können als unabhängige thermodynamische Argumente unterschieden werden, d. H. Für eine erschöpfende thermodynamische Beschreibung des Systems sind nur zwei Freiheitsgrade ausreichend. Wenn dieses Array von Variablen mit einer neuen Funktionsfunktion ergänzt wird, erscheint zusammen mit einer neuen Variablen eine weitere Kommunikationsgleichung, und es wurde die Anzahl der Freiheitsgrade nicht erhöht.

Historisch war die erste der Statusfunktionen interne Energie. Daher ist es mit seiner Teilnahme möglich, ein Source-Array von Variablen zu bilden:

Ein Array von Kommunikationsgleichungen enthält in diesem Fall Funktionen des Formulars

f (p, v, t) \u003d 0, 2) u \u003d u (p, v, t), 3) s \u003d s (p, v, t).

Diese Werte können mit Rollen geändert werden oder neue Zustandsfunktionen von ihnen bilden, jedoch ändert sich die Essenz nicht, und in jedem Fall ändert sich die Essenz nicht, und zwei unabhängige Variablen bleiben erhalten. Das theoretische Schema wird nicht von zwei Freiheitsgraden sein, bis die Notwendigkeit, neue physikalische Effekte und verwandte Energietransformationen zu berücksichtigen, die mit ihnen verbunden sind, und sie können nicht charakterisiert werden, ohne den Kreis der Argumente und die Anzahl der Statusfunktionen zu erweitern. Dann kann sich die Anzahl der Freiheitsgrade ändern.

(2.1)

3. freie Energie (Helmholts-Energie) und seine Rolle.

Der Zustand des isothermen Systems mit einem konstanten Volumen ist angemessen, um durch freie Energie (der Funktion des Helmholtz) beschrieben zu werden. Unter diesen Bedingungen ist es eine charakteristische Funktion und ein isochloro-isothermisches Potenzial des Systems.

Durch die private Differenzierung davon ist es weiter möglich, andere notwendige thermodynamische Eigenschaften zu extrahieren, nämlich:

(3.1)

Um eine explizite Form freier Energiefunktionen für einige relativ einfache Systeme zu erstellen, ist es durch statistische Thermodynamik möglich.

4. Über Gleichgewicht.

In jedem natürlich fließenden (spontanen oder freien) Verfahren nimmt das freie Energiesystem ab. Wenn ein thermodynamisches Gleichgewichtssystem erreicht ist, erreicht seine freie Energie ein Minimum und bereits im Gleichgewicht spart ferner einen konstanten Wert. Aus dem Gleichgewicht kann das System aufgrund von äußeren Kräften abgeleitet werden, was seine freie Energie erhöht. Ein solcher Prozess kann nicht mehr frei sein - es wird erzwungen.

Mikroskopische Bewegungen von Partikeln und im Gleichgewicht werden nicht beendet, und in einem System, das aus einer großen Anzahl von Partikeln und Subsystemen aller Natur besteht, gibt es viele verschiedene besondere Optionen und Kombinationen einzelner Teile und in ihnen, aber alle leiten das nicht ab Gleichgewichtssystem.

Das thermodynamische Gleichgewicht im Makrosystem bedeutet nicht, dass alle Arten von Bewegungen in seinen mikroskopischen Fragmenten verschwinden. Im Gegenteil, das Gleichgewicht wird durch die Dynamik dieser mikroskopischen Bewegungen sichergestellt. Sie führen eine kontinuierliche Ausrichtung durch - glätten die beobachteten makroskopischen Anzeichen und Eigenschaften, die ihre Emissionen nicht erlauben und übermäßige Schwankungen.

5. Bei der statistischen Methode.

Der Hauptzweck des statistischen Verfahrens besteht darin, eine quantitative Verbindung zwischen den Merkmalen der mechanischen Bewegungen der einzelnen Partikel einzuführen, die das statistische Team des Gleichgewichts bilden, und den gemittelten Eigenschaften dieses Teams, die für thermodynamische Messungen durch makroskopische Methoden zur Verfügung stehen.

Ziel ist es, dass auf der Grundlage der mechanischen Eigenschaften der Bewegungen einzelner Mikroelemente des Gleichgewichtskollektivs quantitative Gesetze für die thermodynamischen Parameter des Systems führen.

6. Gleichgewicht und Schwankungen. MicroStation.

Gemäß dem GIBBS-Verfahren ist das thermodynamische System ein Kollektiv - ein Satz einer sehr großen Anzahl von Elementen - den gleichen Typ von Subsystemen.

Jedes Subsystem kann wiederum auch aus einer sehr großen Anzahl anderer noch kleinerer Subsysteme bestehen, und wiederum kann die Rolle eines völlig unabhängigen Systems spielen.

Alle natürlichen Schwankungen innerhalb des Gleichgewichtsgleichgewichts werden nicht verletzt, sie sind mit einem stabilen makroskopischen Zustand eines riesigen Teilchenkollektivs kompatibel. Sie verweist einfach Anzeichen einzelner Elemente des Kollektivs. Es gibt verschiedene Mikrostäbe, und sie sind alles Wesentliche der Version derselben beobachteten Makrostierung.

Jede einzelne Kombination von Elementen der Elemente des Teams erzeugt nur eine der enormen Vielzahl möglicher Mikroskope des Makrosystems. Alle in einem physischen Sinne sind gleich, jeder führt zu den gleichen messbaren physikalischen Parametern des Systems und unterscheiden sich nur mit einigen Teilen der Verteilung der Zustände zwischen den Elementen ...

Alle Mikrostätte sind mit makroskopischem thermodynamischem Gleichgewicht und numerischer Streuung der einzelnen Komponenten der freien Energie (deren Energie und Entropie) kompatibel. Es versteht sich, dass der Spread aufgrund des kontinuierlichen Energieaustauschs zwischen den Partikeln - Elementen des Kollektivs entsteht. Es nimmt auf einigen Elementen ab, aber andere steigen.

Wenn sich das System im Thermostat befindet, ist der Energieaustausch und mit der Umgebung immer noch ununterbrochen. Aufgrund des kontinuierlichen Austauschs zwischen den Mikropartikeln des Kollektivs besteht ein natürliches Mischen des Kollektivs. Gleichgewicht wird ständig durch thermische Kontakt mit einem externen Thermostat aufrechterhalten. Also in Statistiken, die am häufigsten auf die Umwelt bezogen sind.

7. Gibbs-Methode. Statistisches Ensemble und seine Elemente.

Das Erstellen eines universellen Systems der statistischen Mechanik, Gibbs nutzte eine erstaunlich einfache Zulassung.

Jedes echte makroskopische System ist ein Team eines riesigen Satzes von Elementen - Subsysteme. Subsysteme können auch makroskopische Größen aufweisen und können mikroskopisch, bis hin zu Atomen und Molekülen sein. Es hängt alles von dem in Betracht gezogenen Problem und der Forschungsebene ab.

An verschiedenen Punkten an verschiedenen Punkten des echten Systems, in unterschiedlichen räumlichen Regionen des makroskopischen Teams können die momentanen Eigenschaften seiner kleinen Elemente unterschiedlich sein. "Heterogenität" im Team wandern sich ständig.

Atome und Moleküle können in verschiedenen Quantenzuständen sein. Das Team ist riesig, und es präsentiert verschiedene Kombinationen von körperlich identischen Partikeln. Auf dem atomarmolekularen Niveau gibt es immer einen Austausch von Zuständen, es gibt ihre kontinuierliche Mischung. Aufgrund dessen sind die Eigenschaften verschiedener Fragmente des makroskopischen Systems ausgerichtet, und der physikalisch beobachtbare makroskopische Zustand des thermodynamischen Systems sieht unverändert aus ...

Material von ffwiki.

Sache		Thermodynamik und statistische Physik		Semester		7-8		Eine Art		vortrag, Seminar		Berichterstattung		prüfung		Abteilung		Lehrstuhl für Quantenstatistik und Feldtheorie

Über das Thema.

Thermodynamik und Staticysics. Die erste Frage ist, wenn Sie dieses Thema im Zeitplan sehen: Wie? In der Tat erzählte bereits ein Kurs der molekularen Physik, wo alle drei Anfänge der Thermodynamik und deren Potentiale und die Verteilung von Maxwell ebenfalls erzählt wurden. Es scheint, dass es noch einen neuen in der Natur gibt?

Es stellt sich heraus, dass es auf einem Kurs war - Kinderbeugungen im Vergleich zu echten Thermodynamik und statischen Physik. Dass mit der Hilfe, mit der Landau flüssiges Helium zählte und den Nobelpreis erhielt.

Es ist wichtig, nicht zu ihm zu kommen und zu denken, dass ich einmal für 1 Vorlesungen erzählt, was Sie in der Schule wussten, dann wird es so sein. Bereits ab Mitte September werden Sie die atemberaubenden Fokus-Paddocks mit privaten Derivaten erleben, und bis zum Ende des Herbstsemesters wird es sehr unterschiedliche Truanny-Themen auf Statphysik geben:

• Berechnung von Stat.smm- und Gibbs-Distributionen
• Quantengase - Fermi und Bose Gase von verschiedenen Bedingungen
• Phasenübergänge und ihre Eigenschaften
• Inezealdasee - Ketten von Bogolyubov, Plasma- und Elektrolytmodellen

Der Autor der Worte, obwohl er in der Lage war, in vier Tagen vor den Prüfungen eine Stunde vorzubereiten, aber ziemlich bereuen und berät niemandem, um solche Gewalt über sein Gehirn zu wiederholen :) Aufgaben und Fragen zur Prüfung sind seitdem bekannt Anfang des Jahres und es ist sehr nützlich, einen Teil des Materials im Voraus vorzubereiten.

Das Frühlingssemester hat sowohl einfache als auch komplexe Themen. Zum Beispiel wird die Theorie für die Brownian-Bewegung sehr leicht abgeführt. Am Ende des Kurses gibt es jedoch eine Vielzahl kinetischer Gleichungen, mit denen es viel schwieriger ist, zu verstehen ist.

Prüfung

Die Prüfung im Herbst ist ziemlich anständig, es ist nicht besonders aufgeführt. Die Lehrer für den größten Teil sind nicht gefüllt, aber die FREEBIES sind nicht besonders bemerkt. Sie müssen Theoremin kennen. Das Diplom macht eine Bewertung für die Prüfung im Frühjahr. Die Frühlingsuntersuchung in seinem Material ist schwieriger als der Herbst, sondern treuer. Theoremin sollte jedoch auch gut fühlen.

In einem Ticket und Herbst, und im Frühjahr gibt es 2 theoretische Fragen und eine Aufgabe.

Seien Sie vorsichtig auf die Statik, mehrere Personen (die Zahl variiert von 2 bis 10!) Beenden Sie regelmäßig unsere Studien der Nonsticks dieser Prüfung. Und das ist nicht der Fall, aber Burr Amen.

Materialien

Herbstsemester.

• 7 Semester (PDF) - nützlich leckest
• Antworten auf Fragen zur Thermodynamik (PDF) - 1 Frage in der Fliese
• Antworten auf Fragen zur statistischen Physik (PDF) - 2 Frage in der Ticket
• https://vk.com/doc231234703_450962027?Hash\u003dB2EB6C2220F95A7795&DL\u003dCF7B5295F12E0FD4E0. Aufgaben für das erste Kolloquium
• https://vk.com/doc181113102_453848269?Hash\u003d6D6F68ABC3358E2ADF&dl\u003d1606060ABDD44D226E. Zum zweiten

Frühlingssemester

• Antworten auf die Prüfungsfragen, Theorie (PDF) - ordentlich bewertet Antworten auf theoretische Prüfungsfragen.
• - Lösungen für Aufgaben
• Lösungsaufgaben für die Prüfung (PDF) - Weitere Lösungen für Aufgaben

Literatur

Probleme

• Aufgaben für Thermodynamik und statistische Physik für Studierende des 4. Jahres der physischen Fakultät der Moskauer State University (Herbstsemester - die Theorie der Gleichgewichtssysteme) (PDF)