Определение энергии как термодинамической характеристики системы

В названии настоящей главы слово закон взято в кавычки, поскольку этот так называемый закон является следствием более фундаментального утверждения, сформулированного в разд. 2.11 в виде закона устойчивого равновесия (ЗУР). По этой причине рассматриваемое здесь следствие ЗУР в дальнейшем не представляется целесообразным называть законом —ведь законом называются такие утверждения, которые, с одной стороны, считаются истинными , а с другой —не подлежат формальному доказательству. Поэтому первый закон мы будем называть следствием 1 ЗУР. Как будет показано в следующей главе, важность этого следствия обусловлена тем, что оно позволяет дать строгое определение еще одной термодинамической характеристики системы — энергии. Из нециклической формулировки первого закона позднее мы получим встречающуюся во многих книгах циклическую формулировку, к которой еще менее применимо название закона. [c.58]

Определение энергии как термодинамической характеристики системы [c.64]

Материальный объект в виде физической системы обычно описывается заданием значений многих физических величин. Так, при определении основных термодинамических характеристик идеального газа измеряются (определяются) давление газа, его энергия и энтропия. [c.7]

ХОТЯ ДЛЯ читателя оно и может быть в какой-то мере содержательным в связи с использованием таких выражений, как потенциальная энергия, кинетическая энергия, тепловая энергия (в отличие от тепла) и ядерная энергия. Все это различные виды энергии, которыми может обладать система, и поэтому ясно, что нам необходимо такое строгое определение, которое позволило бы объединить все эти конкретные виды энергии в единое представление о термодинамической характеристике, называемой энергией. [c.22]

В предыдущей главе в качестве следствия закона устойчивого равновесия мы показали, что во всех адиабатических процессах перехода между двумя данными устойчивыми состояниями системы совершается одно и то же количество работы. Таким образом, численное значение этой работы не зависит от природы адиабатического процесса и определяется лишь начальным и конечным устойчивыми состояниями системы. С учетом замечания в разд. 1.14, согласно которому (по определению термодинамической характеристики) изменение ее величины в любом процессе перехода системы между заданными состояниями зависит только от этих состояний, независимость работы от процесса указывает на существование некоторой термодинамической характеристики, изменение которой при переходе между данными состояниями связано с указанным количеством работы. Поэтому мы введем новую характеристику системы, численно равную величине этой адиабатической работы. Эту характеристику мы назовем энергией системы и обозначим ее через Е. Строгое ее определение имеет следующий вид [c.64]

Отметим, что определенной величиной является только изменение энергии, абсолютное же ее значение для данного состояния системы установить невозможно. Следовательно, в таблицах термодинамических характеристик, в которых содержатся, например, значения внутренней энергии (разд. 5.4) некоторого вещества в различных устойчивых состояниях, приводимые числа соответствуют разности значений энергии в данном и некотором произвольно выбранном опорном состояниях. Например, для воды в качестве такого произвольного опорного состояния выбрана тройная точка (разд. А.4 приложения А к гл. 7). Значение внутренней энергии в этой точке принято равным нулю. [c.65]

МНОГИХ устойчивых состояний УСь УС2, УСз и т. д. (см. схему на рис. 5.1), которые могут реализоваться в результате взаимодействия с окружающими телами, в системе всегда устанавливается состояние y i после внезапной изоляции от окружающей среды системы, находящейся в данном неравновесном состоянии Аоь Кроме того, энергия является некоторой термодинамической характеристикой, а, по определению характеристики, с состоянием y i связано единственное значение энергии, которое мы обозначим El. Следовательно, неравновесное состояние Aoi и все промежуточные неравновесные состояния (показанные точками на рис. 5.1), проходимые системой после изоляции в процессе перехода к УС1, обладают одной общей чертой — в отсутствие взаимодействия с окружающими телами из всех этих состояний система в конечном итоге переходит в состояние УС1 с энергией Ei. Вспомним, что в адиабатических процессах энергия системы изменяется в результате ее взаимодействия с окружающими телами, а также отметим, что в рассмотренном здесь случае такие взаимодействия отсутствуют. Это дает нам возможность определить энергию системы в неравновесном состоянии, никоим образом не привлекая представлений о сохранении энергии [c.68]

Такой подход к схватыванию металлов в твердой фазе исключает необходимость определения термодинамических характеристик процесса образования межатомных связей и основывается на представлении о том, что возрастание термодинамической вероятности схватывания обусловлено уменьшением свободной энергии системы при исчезновении двух свободных поверхностей. Этот подход не учитывает также природу соединяемых материалов, роль структурных дефектов, энергетическое состояние атомов в процессе пластического деформирования и другие факторы. [c.7]

При этом излучающая система переходит в некоторое неустойчивое состояние без видимой затраты энергии, что находится в явном противоречии со вторым началом термодинамики. Следовательно, сделанное предположение неверно, и, следовательно, характеристики излучения (яркость, плотность), соответствующие определенной температуре и длине волны, не зависят от материала тел. Рассмотрим замкнутую излучающую систему тел, в которой установилось термодинамическое равновесие. Спектральная плотность лучистой энергии, падающей на поверхность тел, в общем случае является некоторым функционалом температуры полости и длины волны f К, Т), в независимости от природы тел. Этому потоку энергии, в силу термодинамического равновесия, соответствует лучистый поток, равный ему и противоположно направленный. Вводя коэффициент отражения от поверхности стенки, составим балансное уравнение потоков тепла [c.468]

По сравнению с другими терминами, встречающимися в термодинамике, термин тепло гораздо чаще употребляется в неверном смысле не только не слишком опытными людьми, но и многими учеными и инженерами. Довольно часто можно встретить такие выражения, как тепло, содержащееся в море , тепло, заключенное в нагретом теле и т. д., в то время как на самом деле речь идет не о количестве тепла, содержащемся в теле, а о количестве энергии. Как уже отмечалось в разд. 1.15.1, тепло есть способ передачи энергии, реализующийся лишь при наличии теплового взаимодействия. Нам потребуется дать строгое определение этому частному способу взаимодействия между системами, что и будет сделано в гл. 6, после того, как будут определены работа и затем энергия. До тех пор мы будем обращаться с термином тепло без его строгого определения, что достаточно для наших ближайших нужд. В связи с этим можно отметить, что если ртутный термометр привести в контакт с телом, ощущаемым нами как более теплое, то столбик термометра поднимется выше, чем при установлении контакта с более холодным телом. Высота ртутного столбика служит некоторым произвольным индикатором того, что мы называем температурой тела, причем для определенной таким способом температуры мы будем использовать обозначение 9. Позднее нам потребуется более точное и более научное определение этой характеристики тела. Такая потребность будет удовлетворена в гл. 11 путем введения термодинамической температуры, обозначаемой буквой Т. Тем не менее на каком-то отрезке мы будем пользоваться приведенным выше произвольным понятием о температуре. Следует отметить, что такой прибор, как ртутный термометр, в действительности лишь позволяет нам установить возможное существование разности температур между двумя телами, что будет выражаться в разных высотах ртутного столбика при последовательном приведении термометра в контакт с различными телами. Равенство высот ртутных столбиков говорит о равенстве температур, однако судить об абсолютной температуре тела по высоте столбика невозможно. [c.23]

Ввиду отсутствия более строгого определения температуры до сих пор мы довольствовались произвольной температурой 0, которую можно зарегистрировать, например, с помощью ртутного термометра. Таким способом мы по меньшей мере можем установить, постоянна ли температура. В разд. 1.15.3, 6.5 и 8.9 отмечалось, что строгая количественная мера температуры системы будет определена как некоторая ее характеристика, называемая термодинамической температурой и обозначаемая буквой Г. Прежде чем мы сможем приступить к этой задаче, мы должны изучить поведение обратимых (а следовательно, гипотетических) циклических устройств, обменивающихся теплом с двумя тепловыми резервуарами. Для этого удобно вначале изучить поведение таких устройств, которые обмениваются теплом с одним тепловым резервуаром. Для краткости мы будем при этом говорить о процессах с одним резервуаром. Их изучение не только подготовит почву для введения понятия о термодинамической температуре, но и послужит отправной точкой для обсуждения чрезвычайно важной проблемы термодинамической доступности энергии, касающейся области термодинамики равновесных процессов. Подробно эта проблема будет изучена в последующих главах, в которых внешняя среда будет рассматриваться как аналог одного теплового резервуара, участвующего в работе нашего устройства, производящего или потребляющего работу. [c.129]

Выберем какую-либо термодинамическую систему (XI ), адиабатически изолированную неподвижными механическими системами от внешнего мира, и придадим ее внешним параметрам раз и навсегда определенные значения. Все возможные для нее в этих условиях равновесия получатся, если давать ее энергии все возможные значения. Каждому значению энергии будет отвечать свое состояние равновесия (поскольку механические параметры фиксированы), причем эти состояния исчерпывают вообще все равновесия, возможные в данных условиях. Тепловые контакты (Х ) с любыми другими системами никаких новых равновесных состояний ( ] ) не создадут, так как по свойству отделимости наша система после отделения, не изменив своего состояния, окажется в одном из описанных выше равновесий. Следовательно, все состояния равновесия нашей системы (Х ) (в характеристику которой мы всегда будем включать заданные раз и навсегда значения механических параметров) образуют множество, зависящее от одного непрерывного параметра энергии, т. е. непрерывное множество одного измерения. Другими словами, все равновесные состояния системы (X ) можно изобразить точками прямой (рис. 4). [c.36]

Каждая из обобщенных сил соответствует определенному типу диссипации энергии следовательно, величина xj должна быть характеристикой данного типа диссипации энергии, что и определяет выбор Xj из всей совокупности термодинамических функций и параметров системы. [c.48]

Обратим еще раз внимание на роль оператора 6Н во всем этом построении. От него требовалось только, чтобы определяемая им форма для вероятности перехо-да w n,п У. а) содержала бы фактор 6 Е -Еп ), обеспечивающий закон сохранения энергии и, следовательно, невыход системы из энергетического слоя 6S б) разрешала бы переходы между любыми микроскопическими состояниями системы со значениями Еп внутри этого слоя. В остальном черная пылинка была произвольной, и ее детали из сфуктуры равновесного распределения (а значит, и из всех термодинамических характеристик, рассчитываемых с помощью этого распределения) выпали целиком (конкретный вид 6Н существенен при определении отличных от нуля собственных значений А > О, которые определяют характер эволюционного [c.43]

В обобщенном виде система балансовых уравнений может быть представлена в виде вектор-функции Ф (Z, Z ) = О, устанавливающей соотношение между термодинамическими и расходными параметрами связей, обеспечивающее получение заданной стационарной нагрузки установки с определенными конструктивнокомпоновочными характеристиками. В геометрической интерпретации [87 1 вектор-функция Ф (Z, =- О задает нелинейную поверхность стационарных состояний установки в многомерном пространстве, координатами которого являются значения нагрузки установки как по электрической энергии, так и по холоду, а также величины подмножеств Z и Для расчета приведенных затрат, учета ограничений, отражающих требования технологичности изготовления, длительной надежной эксплуатации установки и т. д., и в дополнение к системе балансовых уравнений в математическую модель вводятся соотношения для вычисления различных технологических и материальных характеристик отдельных агрегатов. Эти соотношения получаются в результате совместного решения задач теплового, гидравлического, аэродинамического и прочностного расчета агрегатов и представляют собой в большинстве случаев неявные функции параметров совокупностей Z и Z . Опыт математического моделирования показал, что для теплоэнергетических агрегатов число этих характеристик невелико. Это характеристики изменения давления, энтальпии и средней скорости каждого теплоносителя, наибольшей температуры стенки, ее абсолютной или относительной толщины, а также расходов материалов. В обобщенном виде система характеристик описывается вектор-функцией (Z, Z ) = 0. [c.40]

Соотношения (4.4.11), (4.4.12) и (4.4.15) дают окончательное решение поставленной нами здесь задачи. В самом деле, нам удалось вычислить свободную энергию А Т, Т, N) как функцик температуры, объема и числа частиц. Мы также получили определение температуры, которое согласуется с термодинамическими свойствами этой величины. Как неоднократно подчеркивалось выше, температура не является средним значением некоторой микроскопической динамической функции. Скорее она представляет собой, как это явствует из соотношений (4.3.18) и (4.3.26), параметр канонического распределения. Аналогичное утЕерн де-ние справедливо и для свободной энергии. Таким образом, эти величины являются характеристиками равновесного состояния системы в целом нельзя говорить о температуре и свободной энергии отдельной частицы. [c.147]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...