Равновесные состояния и равновесные процессы

Термодинамика в первую очередь рассматривает равновесные состояния и равновесные процессы изменения состояния термодинамической системы. Только равновесные состояния могут быть описаны количественно с помощью уравнения состояния. Простейшими уравнениями состояния являются уравнения Клапейрона, Клапейрона — Менделеева, Ван-дер-Ваальса и другие, которые будут подробно рассмотрены в следующих главах. [c.16]

Графическое изображение равновесных состояний и равновесных процессов [c.104]

Принцип существования энтропии широко используется в классической термодинамике для количественного анализа равновесных состояний и равновесных процессов, i [c.72]

Равновесные состояния и равновесные процессы [c.12]

Графически можно изображать только равновесные состояния и равновесные процессы. В случае неравновесных процессов нельзя говорить о параметрах сос-Рис. II.3.2 тояния p,v к Т всего тела, ибо на- [c.128]

Термодинамика систем с отрицательными температурами изложена в гл. 7. Из этой главы можно заключить, что все вышеприведенные утверждения о системах с отрицательными температурами ошибочны. Спиновые состояния с отрицательными температурами — это равновесные состояния, и поэтому к ним применимо термодинамическое понятие температуры. Состояния эти являются устойчивыми, но в отличие от обычных систем их устойчивость характеризуется не минимумом внутренней энергии и энергии Гиббса, а максимумом этих функций (см. 34). Что касается того, что системы с отрицательной температурой остынут при контакте с телами, имеюш ими положительную температуру, то тело с /=10 С тоже остынет при контакте с термостатом, имеющим температуру / = 5° С, однако это не означает, что первоначальное состояние тела было неравновесным и неустойчивым. Теплый воздух в закрытой комнате зимой тоже остынет через характерное время теплопередачи через стены, хотя состояние воздуха все время равновесно и устойчиво. Состояния с отрицательной температурой нельзя представлять себе как состояния водного раствора соли в стакане в первые секунды после его переворачивания вверх дном, когда плотность раствора вверху больше, чем внизу, и система имеет избыток механической энергии, переходящей со временем в энергию теплового движения. При отрицательной температуре (см. 33) в системе могут быть проведены различные обратимые процессы, чего принципиально нельзя было бы сделать при неравновесном состоянии системы. [c.174]

Равновесные состояния (А, А, А") и равновесный процесс (А — В) можно изображать в виде диаграмм, на осях которых откладываются значения параметров равновесных состояний (рис. 1.1, а). Заметим, что исследовать с исчерпывающей полнотой можно только равновесные процессы. [c.11]

Согласно второму способу построения изотермы экстракции выбирают подходящее для работы соотношение фаз, и при этом соотношении контактируют органическую и водную фазы до достижения равновесия. После этого дают фазам расслоиться, водную фазу удаляют из делительной воронки и анализируют. Для анализа берут также часть органической фазы. В делительную воронку, содержащую остаток органической фазы, вводят свежий водный раствор в количестве, соответствующем тому же отношению фаз. Обе фазы снова контактируют до равновесного состояния и повторяют процесс до насыщения органического раствора. При работе по этой методике следует поддерживать неизменной величину pW во всей серии опытов. Недостаток этого способа состоит в том, что для эксперимента требуется большое количество органического раствора, особенно при большом числе последовательных контактов фаз, так как после каждого отдельного опыта отбирают пробу органического раствора для анализа. Для получения равновесных данных обычно рекомендуют первый способ (с изменением соотношения фаз). [c.10]

В термодинамике широко используется графический метод изображения состояний и процессов. Так, например, в случае однородных систем (газ или жидкость) состояния системы изображают точками, а процессы — линиями на плоскости Р . Легко понять, что такое графическое изображение возможно только для равновесных состояний и равновесных (обратимых) процессов, так как определенные значения параметров (например, давления) система имеет только в равновесных состояниях. В дальнейшем, вплоть до главы IX, мы будем везде, где это не оговаривается особо, рассматривать равновесные процессы. [c.14]

В двух предыдущих разделах ( 10.1, 10.2) рассматривались частные вопросы моделирования процессов разрушения применительно к циклическому нагружению конструкций. Ниже дается анализ моделирования равновесных состояний и кинетики процесса разрушения упругих и упруго пластических тел на основе общих методов анализа размерностей. При исследовании движения трещины учитывается вязкость материала и динамические характеристики процесса. Обсуждаются вопросы подобия при моделировании устойчивости равновесных трещин. Явления масштабного эффекта, связанные с нарушением условий статистической тождественности свойств материалов, существенные при моделировании абсолютных характеристик прочности, здесь не рассматриваются. [c.232]

При нагревании металл постепенно переходит из неустойчивого состояния наклепа в устойчивое равновесное состояние, причем этот процесс сопровождается изменением в структуре и свойствах металла. В начале нагревания происходит постепенное снятие напряжений и выравнивание искаженной кристаллической решетки. При этом в наклепанном слое уменьшаются твердость и прочность, возрастает пластичность. Этот процесс называют возвратом металла. При дальнейшем нагреве из обломков деформированных зерен возникают новые зерна, имеющие правильную (неискаженную) кристаллическую решетку. Этот процесс образования новых зерен называют рекристаллизацией, а температуру, при которой он происходит — температурой рекристаллизации. Установлена наименьшая температура рекристаллизации для железа 450°, меди 270°, алюминия ЮО , свинца 30°, олова 80° и т. д. [c.262]

В дальнейших исследованиях термодинамических процессов и состояний термодинамических систем основными понятиями являются понятия равновесной системы и равновесного процесса. Во всех случаях, когда особенности состояний термодинамических систем и характер течения реальных термодинамических процессов особо не обусловлены, понятие состояние отождествляется с понятием равновесное состояние , а понятие процесс — с понятием равновесный процесс . [c.11]

Пусть система находится в равновесном состоянии 0. Мы включаем затем бесконечно медленно силовое поле такое, что система переходит в состояние 1, при этом потенциальная энергия поля равна 17. Этот процесс — обратимый, и при наличии дополнительного силового поля состояние 1 — равновесное. Поэтому работа системы при этом процессе равна [c.263]

Если две или более фаЭ находятся в тесном контакте, возникает потенциал, способствующий самопроизвольному переходу вещества через границы фаз, и система стремится к состоянию равновесия. Состояние равновесия характеризуется комплексом условий, к которым приближается неравновесная система как к пределу в большинстве случаев степень достижения равновесия настолько велика, что различие между реальным состоянием и равновесным находится в пределах ошибки опыта. Знание условий равновесия имеет первостепенное значение в таких технических процессах, как абсорбция, адсорбция, экстракция, дистилляция, испарение, высушивание и кристаллизация. Критерий для определения условий равновесия был разобран в гл. 8. Из всех возможных комбинаций фаз и веществ ниже будет рассмотрена только двухфазная система неэлектролитов, в котором одна из фаз — пар. [c.264]

Следует обратить внимание на то, что скорость процесса, какой бы малой она ни была, сама по себе не является еще признаком его равновесности. Любой квазистатический процесс должен быть таковым на всех стадиях и, следовательно, должен начинаться с равновесного состояния системы. Например, процесс теплопередачи между телами с разными температурами, несмотря на то, что его можно сделать сколь угодно медленным, не может быть квазистатическим, поскольку условием теплового равновесия служит равенство температур. Исходное [c.39]

Рассмотрим, далее, виртуальные изменения (вариации) состояния нашей системы, под которыми понимают произвольные, но возможные, т. е. допустимые условиями задачи, изменения состояния. В данном случае, поскольку имеется тепловой контакт между частями системы, возможны вариации их внутренних энергий, но невозможны вариации энергии всей (изолированной) системы. Что же касается, например, объемов, то по условиям задачи их вариации невозможны ни у частей, ни у системы в целом. Поскольку система равновесная, невозможны никакие самопроизвольные изменения ее состояния. Следовательно, в отличие от действительно происходящих в системе изменений рассматриваемые виртуальные изменения могут не соответствовать термодинамическим законам и постулатам, которым должны подчиняться все действительно протекающие процессы. Иначе говоря, направление виртуальных изменений может совпадать с направлением любых действительных изменений в неравновесной системе, но обратное утверждение неверное. В рамках термодинамики вариации состояний или термодинамических переменных — это некоторый мысленный эксперимент над интересующей системой, в ходе которого определенные свойства ее считают спонтанно изменившимися по сравнению с их равновесными значениями и, далее, следят, как система реагирует (в соответствии с законами термодинамики) на такие внешние возмущения. Если же учесть микроскопическую картину явления, то становится ясным, что подобные изменения свойств действительно происходят в природе и без каких-либо внешних воздействий на систему с помощью флюктуаций макроскопических величин природа сама непрерывно осуществляет упомянутый эксперимент. Бесконечно малые первого порядка — виртуальные и действительные изменения термодинамических величин — мы будем обозначать символами б и d соответственно. [c.51]

Если свойства переохлажденной жидкости не изучены экспери. ментально, их можно оценить, экстраполируя свойства равновесной жидкости на необходимые значения переменных Г, Р. Для остальных стадий процессов, как легко заметить, необходимы сведения только о свойствах равновесных состояний и функциях квазистатических процессов. [c.75]

Поэтому, хотя при адиабатных процессах работа системы как при равновесном, так и неравновесном процессах равна убыли внутренней энергии, однако даже при одном и том же уменьшении внутренней энергии при таких процессах работу 5W при адиабатном равновесном процессе нельзя сравнивать с работой при адиабатном неравновесном процессе, так как конечные состояния при этих адиабатных процессах будут разные. Однако если при адиабатном равновесном переходе системы из состояния 1 в 2 bW= —AU, то при неравновесном, но уже не адиабатном переходе из / в 2 bW p<—dU [см. (154)]. [c.74]

Т—8-диаграмма. Если по оси абсцисс откладывать значения удельной энтропии 5 однородного тела, а по оси ординат — значения его абсолютной температуры Т, то равновесное состояние тела изобразится точкой с координатами Т, 5, равными значениям температуры и удельной энтропии тела в данном состоянии. Обратимый процесс изменения состояния тела от начального состояния 1 (рис. 2.26) до некоторого состояния 2 изобразится на Т—5-диаграмме непрерывной кривой, проходящей через точки / и 2. [c.78]

Формула Больцмана. Между значением энтропии 3 системы в данном равновесном состоянии и максимальной термодинамической вероятностью которая, как было показано выше, характеризует равновесное состояние системы, существует вполне определенное соотношение. Чтобы Установить это соотношение, рассмотрим равновесный изотермический процесс изменения состояния системы. В результате этого процесса произойдет, во-первых, увеличение объема системы от Е до Е + (IV, что приведет к изменению внутренней энергии системы на величину произведенной при этом работы йВ = рдУ, взятой с обратным знаком во-вторых, изменится распределение молекул по энергиям, что вызовет некоторое дополнительное изменение внутренней энергии системы. [c.89]

Устойчивое равновесие термодинамической системы характеризуется тем, что по устранении причины. Вызвавшей отклонение системы от состояния равновесия, система сама по себе возвращается в первоначальное равновесное состояние. При этом за время, в течение которого устанавливается термодинамическое равновесие (это время называется временем релаксации), в системе происходят различные неравновесные, а следовательно, и необратимые процессы, заключающиеся в затухании механических движений, выравнивании плотностей и температур и т.[д. Чтобы вывести систему из состояния устойчивого равновесия, необходимо совершить над системой (т. е. затратить извне) некоторую работу. [c.109]

При анализе процесса дросселирования допустимо считать, что внутри дроссельной пробки устанавливается, как и вообще при течении газа (жидкости), локальное термодинамическое равновесие, т. е. протекающий через пробку газ (жидкость) находится в равновесном состоянии при этом процесс изменения состояния газа (жидкости) в дроссельной пробке, вследствие конечной скорости протекания действия сил трения, является необратимым. [c.167]

Как указывалось, состояние рабочего тела однозначно определяется заданием каких-нибудь двух параметров состояния, например р и и. Поэтому в координатной системе pv каждой точке соответствует некоторое равновесное состояние и каждому равновесному состоянию рабочего тела отвечает одна определенная точка на плоскости pv. Всякая кривая, проведенная на плоскости pv, изображает термодинамический процесс. Температуру рабочего тела на этой диаграмме непосредственно определить нельзя. Она может быть вычислена по значениям р и о с помощью уравнения состояния. [c.27]

Работа L зависит от пути, по которому система из состояния 1 переходит в состояние 2, т. е. является функцией процесса, а не состояния. Это ясно видно, в частности, из выражения для работы равновесного процесса, осуществляемого однородным телом. Давление р зависит в этом случае не только от объема V тела, но и от его температуры / эта зависимость определяется уравнением состояния тела. Поэтому при переходе из одного и того же начального состояния 1 в одно и то же конечное состояние 2 давление р в промежуточных точках будет иметь разные значения в зависимости от величины температуры, которая меняется в различных процессах по-разному. Соответственно этому будет различна и работа процесса L. [c.21]

Всякий термодинамический процесс может возникнуть только при нарушении механического или термического равновесия. Процессы, в которых газ проходит через ряд равновесных состояний, называются равновесными. От могут ища в прямом и обратном направлениях, т. е. обладают свойством обратимости. [c.34]

Основываясь на полученных данных об увеличении размера зерен, уменьшении микроискажений кристаллической решетки, а также увеличении атомных смещений, можно предположить, что процесс возврата в наноструктурных материалах, полученных ИПД, сопровождается переходом границ зерен в более равновесное состояние и исчезновением полей упругих дальнодействующих напряжений. В пользу этого свидетельствует и небольшая скорость деформации при холодной прокатке, являющаяся важным фактором, определяющим процесс формирования структуры. [c.152]

Отдых состоит в рассасывании внутренних напряжений вследствие перемещения атомов искаженных областей решетки в равновесные состояния. Этот процесс протекает без видимого изменения структуры кристалла и приводит к частичному или полному снятию упрочнения, полученного в результате пластического деформирования. Являясь диффузионным процессом, отдых протекает со скоростью, резко зависящей от температуры и запасенной энергии деформирования. Металлы с низкой точкой плавления (олово, свинец, кадмий и др.) уже при комнатной температуре имеют сравнительно высокую скорость самодиффузии и отдыхают с заметной скоростью. В деформированных тугоплавких металлах (железо, вольфрам и др.) отдых при комнатной температуре происходит с ничтожно малой скоростью. С повышением температуры скорость отдыха резко возрастает. При температуре, составляющей примерно [c.39]

В идеальной атомной решетке, свободной от приложенных или остаточных напряжений, атомы находятся в равновесном состоянии под действием внутренних сил. Однако реальная атомная решетка металлов геометрически несовершенна из-за наличия в ней местных дислокаций. Приложенные внешние силы приводят к перемещению атомов в новые положения, что вызывает пластическую деформацию и наклеп. Увеличение пластической деформации за предел текучести приводит к возникновению и развитию трещин. Масло, попадаемое в трещину, играет роль гидравлического клина, ускоряющего процесс развития трещины. [c.68]

Для изображения равновесных состояний и квазистатических процессов систем с постоянным числом частиц можно с тем же успехом использовать плоскость ТЗ. На этой плоскости простой геометрический смысл получает количество тепла, отданного системой в течение процесса. По формуле (5.6) при бесконечно малом изменении энтропии тело отдает тепло АН = - с1 = - Т сГУ, и эта величина есть площадь полоски, заштрихованной на рис.5.4, если понимать ее опять с тем же условием о знаках. Полное же количество теплоты, отданное телом, например, в процессе 1а2, показанном на этом рисунке, по величине и по знаку равно площади 1а252 5 под линией, изображающей процесс. В данном случае эта площадь отрицательна, и это значит, что на самом деле система тепло получает. [c.106]

МАКСИМАЛЬНАЯ РАБОТА в термодинамике имеет 2 смысла 1) М. р. — работа, совершаемая тонлоизолированио системой при обратимом переходе из неравновесного состояния в равновесное (прп этом энтропия спсте.мы остается постоянной). 2) М. р.— работа, совершаемая системой в термостате (с одной и той же температурой в начальном и конечном состоянии), при обратимом переходе из одного равновесного состояния в другое если ири этом объем остается неизмонны.м, то М. р. равиа измепению сво-бод)юй энергии, если неизменно давление, то М. р. равпа изменению термодина.нического потенциала. Поскольку реальные процессы необратимы, то работа, произведенная к.-л. системой, всегда меньше М, р. [c.126]

Процесс, который состоит нз непрерывного ряда последовательных равновесных состояний, называют равновесным процессо.м. В таком процессе в каждый момент времени снстел а находится в равноъесии и ее состояние точно (а не усредненно, как в неравновесном) определяется параметра . ] р, и и Г. При этом точки на кривой процесса определяют точное значение соответствующих параметров. [c.100]

В заключение раздела мы хотим сделать одно историческое замечание. В следуюш,ей главе мы введем величину, которую Гиббс назвал свободной энергией. Свободную энергию Гиббса одного моля вещества X можью интерпретировать как химический потенциал вещества X. Превраш,ение вещества X в вещество Z вызывает уменьшение свободной энергии Гиббса вещества X и увеличение свободной энергии Гиббса вещества Z. Таким образом, химическое сродство реакции X -f Y —> 2Z, определяемое как величина А = (fix + fiy -2fj.z), может быть интерпретировано как отрицательное изменение свободной энергии Гиббса, когда 1 моль вещества X и 1 моль вещества Y реагируют с образованием 2 молей вещества Z. Это изменение свободной энергин Гиббса, называемое свободной энергии Гиббса реакции , равно взятому со знаком минус сродству А, но между этими двумя понятиями существует фундаментальное концептуальное различие химическое сродство есть понятие, которое связывает необратимые химические реакции с энтропией, в то время как свободная энергия Гиббса используется главным образом в связи с равновесными состояниями и обратимыми процессами. Однако во многих учебниках термодинамики свободная энергия Гиббса используется вместо химического сродства и даже не упоминается о связи между энтропией и скоростями ре-акцийЧ В известной книге Исторические основы химии Лестера [1, р. 206] говорится о таком неправильном истолковании этих понятий в учебнике по тер.модинамике Гильберта Ньютона Льюиса (1875-1946) и Мерля Рэндалла (1888-1950) [8] [c.120]

При изучении движения в упругих телах мы до сих пор считали, что процесс деформирования происходит обратимым образом. В действительности процесс термодинамически обратим, только если он происходит с бесконечно малой скоростью, так что в каждый данный момент в теле успевает установиться состояние термодинамического равновесия. Реальное движение происходит, однако, с конечной скоростью, тело не находится в каждый данный момент в равновесии, и поэтому в нем происходят процессы, съремящиеся привести его в равновесное состояние. Наличие этих процессов и приводит к необратимости движения, проявляющейся, в частности, в диссипации механической энергии, переходящей в конце концов в тепло ). [c.177]

Второе исходное положение 1ермодинамики (второй постулат) связано с другими свойствами термодинамического равновесия как особого вида теплового движения. Опыт показывает, что если две равновесные системы А и В привести в тепловой контакт, то независимо от различия или равенства у них внешних параметров а, они или остаются по-прежнему в состоянии термодинамического равновесия, или равновесие в них нарушается и спустя некоторое время в процессе теплообмена (обмена энергией) обе системы приходят в другое равновесное состояние. Кроме того, если имеютсл три равновесные системы А, В, С и если системы А и В порознь находятся в равновесии с системой С, то системы А и В находятся в термодинамическом равновесии и между собой свойство транзитивности термодинамического равновесия). [c.18]

Наложены основные положения термодинамики ее математи-чесний аппарат, методы термодинамического анализа, описаны термодинамические свойства веществ. Значительное внимание уделено рав-новесию термодинамических систем и фазовых переходов, техническим приложениям термодннаникн. Традиционное изложение основ термодинамики равновесных состояний и процессов органически сочетается с изложением термодинамики nr"iii ftiti [c.2]

Равновесное состояние на Т — 5-диаграмме изображается точкой аналогично тому, как это делается на р — и-диаграмме равновесный (обратимый) процесс изображается линией. Особенно просто в Т — 5-диаграмме изображается изотермический (7 =сопз1) и адиабатный (5 = сопз1) процессы. Изобарный и изохор-ный процессы изображаются кривыми линиями . [c.66]

Далее, сжимая диоксид углерода прессом 12, зафиксируем ряд равновесных состояний вплоть до максимального давления (приблизительно 9 МПа). Если опыт проводится при температуре ниже критической, то следует отметить начало и конец процесса конденсации. В этом процессе объем диоксида углерода изменяется при неизменном давлении, а образование новой фазы—жидкости — хорошо наблюдается визуально. Необходимо учитывать, что при сжатии температура диоксида углерода несколько повышается, поэтому после каждого изменения давления нyнiнo выждать некоторое время для ТОГО, чтобы температура диоксида углерода вновь стала равной температуре в резервуаре 2. Восстановление прежней температуры происходит обычно в течение 0,5—2 мин в это время давление и объем диоксида углерода немного изменяются. Поэтому измерять давление и объем надо после того, как эти величины установятся. Температуру воды в резервуаре 2 нужно записать до опыта и после него и в случае различия в обработке принимать среднее значение. После проведения опыта при одной температуре регулировкой термостата установить другую темпера-10 147 [c.153]

Между значением энтропии 5 системы в данном равновесном состоянии и величиной максимальной термодинамической вероятности W th, которая, как было показано выше, характеризует равновесное состояние системы, существует вполне определенное соотношение. Чтобы установить это соотношение, расомотрим бесконечно малый равновеоный изотермический процесс изменения состояния системы. В результате этого процесса произойдет, во-первых, увеличение объема системы от [c.101]

Очевидно, рабочим телом может совершаться процесс сопровождающийся в общем случае совершением работы и изменением теплового состояния рабочего тела, только в том случае, если оно и внешняя среда не находятся в равновесном состоянии. Разумеется, что процесс, а следЬ- [c.56]

Учитывая реальные условия работы материала, образец нагревают только с одной стороны. Одностороннее выгорание материала и различные деструкционные процессы в зоне нагрева непрерывно меняют первоначальные механические свойства материала, приводя к потере равновесного состояния и переходу к внецентренному растяжению. [c.188]

Система, находящаяся в термомеханическом равновесии, в том числе и неоднородная система, состоящая из нескольких фаз, имеет постоянное поле температур и давлений. Для неоднородной системы, при постоянной температуре и давлении, не исключена возможность неравновесного распределения масс веществ и наличия процессов обмена массой. В результате такая система не находится в равновесном состоянии. Процессы перераспределения массы протекают чрезвычайно быстро, так что они далеки от квазистатических в сравнении с термомеханическими изменениями состояния. Существенная нестатичность процесса перераспределения массы приводит к появлению сопутствующих тепловых, акустических, оптических и других эффектов. Однако последние мало энергоемки и основным остается тепловой эффект, в результате которого увеличивается энтропия. На этом основании можно написать основное соотношение термодинамики для системы, в которой происходит перераспределение вещества, в следующей форме [c.158]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...