Равновесное состояние в термодинамике

Равновесный термодинамический процесс представляет собой непрерывную последовательность равновесных состояний. В термодинамике наиболее полно разработаны способы исследования равновесных состояний и процессов. Равновесным представляют процесс, протекающий при бесконечно малой разности параметров окружающей среды и тела в этих условиях изменение параметров тела происходит бесконечно медленно и равновесное состояние сохраняется. [c.9]

Равновесное состояние в термодинамике [c.58]

Переход от термодинамики (правильнее от термостатики) равновесных состояний к термодинамике неравновесных процессов, несомненно, знаменует серьезный прогресс в развитии ряда областей науки. Этот процесс в значительной мере связан с работами голландских и бельгийских ученых, в том числе и с работами автора книги, перевод которой предлагается читателю. [c.8]

ФУНКЦИЯ СОСТОЯНИЯ в термодинамике—ф-ция независимых параметров, определяющих равновесное состояние термодинамической системы. Ф. с. не зависит от пути (характера процесса), приведшего систему в данное равновесное состояние (то есть Ф. с, не зависит от предыстории системы, см. Причинность). К Ф. с. относятся потенциалы термодинамические, энтропия и т. п. Работа и кол-во теплоты, значение к-рых определяется видом процесса, изменившего состояние системы, не являются Ф. с. [c.385]

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]

Существует еще один способ рассмотрения неравновесных процессов, применимый в тех случаях, когда исходное и конечное состояния системы являются полностью равновесными или равновесными по некоторым параметрам. Этот метод несколько напоминает задачу о черном ящике в кибернетике дано некоторое устройство с неизвестной внутренней структурой — черный ящик, и задача заключается в том, чтобы научиться связывать входные сигналы и выходные. Аналогично этому термодинамика равновесных процессов не дает нам никаких сведений о ходе необратимого процесса. Мы можем, однако, пользоваться любыми уравнениями, справедливыми для начального и конечного (равновесных ) состояний, в частности, принципом энергии, уравнением состояния и т. д. [c.119]

Раздел 3 — Неравновесные состояния условия равновесия и их применение (возрастание энтропии при необратимом адиабатическом переходе из одного равновесного состояния в другое определение энтропии неравновесных состояний определение свободной энергии для равновесного состояния изменение энтропии при необратимых процессах изменение свободной энергии при необратимых процессах условия равновесия системы замечания, связанные с уточнением физического смысла законов термодинамики фаза условие устойчивости системы, состоящей из одной фазы фазовые превращения фазовые превращения первого рода уравнение Клапейрона — Клаузиуса равновесие трех фаз поверхность термодинамического потенциала критическая точка поверхностная энергия и поверхностное натяжение роль поверхностного натяжения при образовании [c.364]

Второе начало термодинамики содержит еще одно утверждение если в результате передачи тепла dQ с конечной скоростью при температуре Т система перешла из одного равновесного состояния в другое близкое к нему равновесное состояние, то [c.479]

Если предположить, что переход газа из одного равновесного состояния в другое совершается без потерь (так называемый обратимый процесс), то для этого частного случая первый закон термодинамики примет вид [c.306]

Наиболее вероятное состояние, соответствующее значению энтропии 5(0), часто называют равновесным состоянием системы. Вместе с тем понятие равновесное можно использовать и для характеристики распределения по возможным состояниям распределение (13) можно назвать равновесным распределением состояний. В термодинамике мы не проводим различия между этими двумя концепциями равновесия, хотя и известно, что система, находящаяся в равновесии, флуктуирует около среднего состояния. Эквивалентность обеих концепций легко показать, вычислив-среднее значение 5 (а) при помощи (26) и (15) [c.187]

Параметры состояния равновесной термодинамической системы связаны между собой зависимостью, называемой уравнением состояния. В термодинамике пользуются уравнениями состояния, полученными из опыта или найденными методами статистической физики. Применительно к газообразным термомеханическим системам уравнение состояния можно представить в виде функциональной зависимости [c.23]

За последние 50 лет наши взгляды на Природу коренным образом изменились. Классическая наука делала основной упор на равновесие и стабильность. Мы же на всех уровнях от химии и биологии до космологии наблюдаем флуктуации, нестабильности и эволюционные процессы. Всюду вокруг нас необратимые процессы, в которых симметрия во времени нарушена. Различие между обратимыми и необратимыми процессами сначала вошло в термодинамику через понятие энтропии или, как называл ее сэр Артур Эддингтон, стрелы времени. Тем самым наш новый взгляд на Природу приводит к повышенному интересу к термодинамике. К сожалению, большинство вводных курсов посвящено изучению равновесных состояний, и термодинамика в них ограничена идеализированными процессами. Взаимосвязь между происходящими в природе необратимыми процессами, например между химическими реакциями и теплопроводностью, с одной стороны, и скоростью увеличения энтропии, с другой, остается скрытой от изучающего термодинамику. В нашей книге мы предлагаем современное изложение термодинамики, в котором связь между скоростью увеличения энтропии и необратимыми процессами становится ясной с самого начала. Равновесие остается интересной областью исследования, но при современном состоянии науки представ,ляется существенным включать в сферу исследований и необратимые процессы. [c.7]

Основная новация заключается в том, что в сильно неравновесных ситуациях, соответствующих третьей стадии развития термодинамики, принцип экстремумов редко находит свое осуществление (гл. 18-19). В результате любая флуктуация более не может быть подавлена. Устойчивость перестает быть следствием общих законов физики. Флуктуации могут нарастать и охватывать всю систему. Мы называем диссипативными структурами те новые пространственно-временные образования, которые могут возникать в сильно неравновесных ситуациях. Они соответствуют той или иной фор.ме надмолекулярного когерентного поведения огромного числа молекул. В сильно неравновесных ситуациях мы начинаем наблюдать новые свойства вещества, пребывающего в равновесном состоянии в скрытом виде. [c.12]

Как нам уже известно, все изолированные системы эволюционируют к равновесному состоянию, в котором энтропия достигает своего максимального значения. Это — основной принцип экстремума в термодинамике. Однако не всегда [c.129]

Понятие температуры 0 в макроскопической термодинамике вводится, по существу, феноменологически. Мы еще специально остановимся на том, как это делается, в следующем пункте. Природа наградила нас осязанием, и какой предмет горячее , какой холоднее мы часто можем определить просто на ощупь. Привычность этих понятий и повседневная обиходность температуры естественно порождают в нас иллюзию, что по поводу определения, что такое температура, не надо особенно и мудрить —она характеризует степень нагретости тел, совершенно бессознательно (или нарочно) забывая при этом, что для определения последней необходимо использовать понятие изменения температуры. Надежды на то, что понятие температуры наиболее последовательно может быть введено не в макроскопической термодинамике, а лишь в статистической механике (т. е. в микроскопической теории), не оправдываются. К примеру, достаточно распространено утверждение, что температура 0 может быть определена с точностью до коэффициента как средняя кинетическая энергия, приходящаяся на одну частицу системы, е. Мало того, что в общем случае такого совпадения величин 0 и е, как мы убедимся в дальнейшем, просто не существует. Для проведения подобных сопоставлений необходимо полностью проигнорировать (сознательно или нет) тот факт, что операция любого усреднения по равновесному состоянию в статистической механике уже включает в себя понятие температуры. О структуре смешанного состояния в равновесной статистической системе мы будем еще говорить в следующих главах данного пособия, посвященных микроскопической теории. Сейчас же, находясь все еще в предварительной стадии обсуждения, заметим, что температура как макроскопический параметр вводится в макроскопической же теории, а в микроскопическую теорию (в статистическую механику) оно переходит, так сказать, по наследству. [c.24]

РАВНОВЕСНЫЙ ПРОЦЕСС (квази-статический процесс) в термодинамике, процесс перехода термодинамич. системы из одного равновесного состояния в другое, столь медленный, что все промежуточные состояния можно рассматривать как равновесные, т. е. характеризующиеся очень медленным (в пределе — бесконечно медленным) изменением термодинамич. параметров состояния. Р. п.— одно из осн. понятий термодинамики равновесных процессов. Всякий Р. п. явл. обратимым процессом и, наоборот, любой обратимый процесс явл. равновесным. [c.602]

Выше упоминалось, что состояние теплового равновесия изолированной системы полностью описывается лишь небольшим числом параметров. Эти физические величины имеют определенное значение для каждого теплового состояния, и в термодинамике они называются параметрами (или переменными) состояния, или термодинамическими параметрами (или переменными). Если выбрать совокупность независимых параметров так, чтобы она была необходимой и достаточной для описания термодинамического состояния, то остальные параметры, характеризующие состояние, являются функциями выбранных параметров. Число независимых параметров, необходимых для описания равновесного состояния системы, определяется эмпирическим путем. [c.14]

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]

Мы специально игнорировали до сих пор тот факт, установленный нами в 2.2 из эмпирического закона Паскаля, что в равновесном состоянии x у г продемонстрируем сейчас, что этот закон является следствием а) нашего предположения о независимости движений в трех различных направлениях и б) второго закона термодинамики. [c.55]

Иногда утверждают, что отрицательные абсолютные температуры вводятся из каких-то высших соображений и только для характеристики неких крайне неравновесных состояний. Что температура равновесных состояний всегда положительна, а об отрицательных абсолютных температурах, если и можно говорить, то только в очень условном смысле, как бы вопреки термодинамике, так что лучше этого не делать. [c.94]

На основании таких экспериментальных фактов в термодинамике вводится понятие температуры. Постулат о температуре утверждает, что суш,ествует интенсивная функция состояния равновесной термодинамической системы — температура. Равенство температур двух или нескольких систем является необходимым условием их равновесия между собой. Эта формулировка подразумевает, что внутри системы нет адиабатически изолированных частей, иначе равновесная система может оказаться термически неоднородной и температура как свойство системы может не существовать. Температура является, следовательно, тем внутренним свойством, которое наряду с внешними свойствами должно определять состояние термодинамического равновесия. [c.22]

Однако, в отличие от теплового контакта при механическом или диффузионном контакте системы и внешней среды для выравнивания соответствующих интенсивных свойств на граничной поверхности системы необходимо, чтобы изменялись ее внешние свойства (объем, массы компонентов и др.). Зависимость же состояния от внешних свойств, т. е. от индивидуальности выбранной системы и внешних воздействий на нее, следует уже из определения этих свойств и является очевидной ез дополнительных постулатов. Поэтому в термодинамике постулируется существование только термического равновесия и температуры, другие же термодинамические силы (давление, химические потенциалы компонентов и другие интенсивные переменные, выравнивание которых на граничной поверхности системы является необходимым условием соответствующего контактного равновесия) получаются как следствия применения к равновесным системам второго закона термодинамики (см. гл. 5). [c.23]

Транзитивность теплового равновесия помимо постулата о температуре приводит еще к одному важному выводу. Он вытекает из того факта, что установление или нарушение теплового контакта между частями системы с одинаковыми температурами не изменяет их состояний, т. е. свойства каждой из частей системы не зависят от того, входит ли эта часть в объединенную систему или нет. Безразличие термически равновесной системы к тепловому контакту, учитывая постулат о взаимно однозначном соответствии энергии и температуры, можно считать доказательством того, что энергия всей равновесной системы равняется сумме энергий ее частей, т. е. аддитивна. Аддитивность энергий используется в термодинамике как исходная позиция для всех последующих выводов и, как видно, в неявном виде она присутствует уже в формулировке ее нулевого закона . [c.27]

Надо подчеркнуть, что аддитивность свойств понимается в термодинамике не просто как результат мысленного разделения равновесной системы на подсистемы при сохранении всех свойств вещества на воображаемых границах частей деления и в их объеме. Речь идет о возможности совершения реального физического процесса, при котором система разделяется на удаленные друг от друга подсистемы либо образуется из них, но термодинамические состояния вещества при этом не изменяются. Примером таких процессов являются рассмотренные выше опыты, послужившие основанием для вывода о транзитивности теплового равновесия. [c.28]

В предшествующем изложении основное внимание уделялось функциям состояния в связи с возможностью описывать множество термодинамических свойств равновесной системы, опираясь на ограниченный набор независимых переменных. Не меньшим достоинством термодинамического метода является возможность связать между собой различные состояния интересующей системы с помощью характеристик процессов — функций процессов. Используемые в термодинамике функции процессов — это количество теплоты и работа. [c.38]

Квазитермодинамическая теория флуктуаций явилась основой развития термодинамики необратимых процессов. Она позволяет рассматривать флуктуации в системе как флуктуацию ее термодинамического состояния, т. е. как переход системы из равновесного состояния в неравновесное. Это неравновесное состояние системы представляется (как это мы делали в 26 при обсуждении термодинамической устойчивости) как новое равновесное ее состояние с большим числом параметров bi,..., bk и соответствующих им фиктивных сопряженных сил Ai,...,Ak, удерживающих систему в равновесии. [c.298]

Термодинамика рассматривает так называемые квазиравно-в е с н ы е или квазистатические (как будто статические) процессы, т. е. такие процессы, которые можно рассматривать как последовательность ряда равновесных состояний, или иначе рассматривает процессы, удовлетворяющие условию малости отклонения состояний в любой момент времени от равновесного состояния, в то время как действительные процессы являются в большей или меньшей степени нестатическими. Такой метод термодинамики представляет большие практические удобства. [c.61]

Практически пользование трехмерной системой координат неудобно, поэтому в технической термодинамике обычно применяется двухмерная система координат, в которой изображаются зависимост1и между двумя какими-либо параметрами состояния. Наиболее употребительной из них является ру-диаграмма, в которой по оси абсцисс откладываются удельные объемы, а по оси ординат— давления газа (рис. 1-1). Любая точка в такой диаграмме (например, точка 1) соответствует определенному термодинамическому состоянию газа, а любая линия (например, линия 1-2) — конкретному термодинамическому процессу перехода газа из одного равновесного состояния в другое, причем все промежуточные точки этой линии соответствуют промежуточным равновесным состояниям этого газа. [c.16]

КВАЗИСТАТИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС в термодинамике— бесконечно медленный переход тсрмо-дипамич. системы из одного равновесного состояния в другое, при к-ром термодинамич. состояние в любой момент времени бесконечно мало отличается от равновесного и его можно рассматривать как состояние равновесия термодинамического. Внутр. равновесие в системе при К. п. устанавливается значительно быстрее, чем происходит изменение внеш. физ, параметров. [c.261]

Одним из основных представлений, развиваемых Пригожиным является понятие о негоэнтропии - энтропии, которую получает открытая система извне. Принцип Пригожина относится к одно.му из постулатов неравновесной термодинамики в любой неравновесной системе существуют локальные участки, находящиеся в равновесном состоянии. В классической термодинамике равновесие относится ко всей системе, а в неравновеснбй - только к ее отдельным частям. Это означает, что термодинамические функции состояния зависят от координат системы и времени процесса. Классическая термодинамика игнорирует подобную зависимость. Важно подчеркнуть, что продолжительность внешнего воздействия значительно превышает время элементарного процесса формирования равновесия в отдельных частях системы х,, т,е, х х . [c.65]

Термодинамика и статистическая физика изучают обратимые процессы, для которых = т. е. процессы, в которых система переходит из одних равновесных состояний в другие равновесные состояния через последовательность равновесных же состояний. Неравновесная термодинамика (или термодинамика необратимых процессов. квазитермодинампка), как и кинетическая теория, изучает неравновесные процессы, Цель настоящего параграфа — показать соотношение этих дисциплин. [c.238]

Следовательно, количества теплоты и работы должны определяться через параметры состояяня окружающей среды (Г и ). Таким образом, возникает очевидное затруднение необходимо исследовать процессы в термодинамической системе, применяя параметры, которые относятся к окружающей среде. Эта трудность преодолевается термодинамикой введением представления о равновесном процессе. При равновесном процессе, когда разница в температурах и давлениях между системой и окружающей средой бесконечно мала, нарушения равновесного состояния в системе не возникают. [c.48]

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]

Если конечная термодинамическая система не подвергается возмущениям, то она рано или поздно придет в состояние теплового равновесия. В течение этого процесса энтропия системы все время увеличивается, пока не достигнет максимального значения в конечном равновесном состоянии. В соответствии с нерелятивистской термодинамикой это состояние характеризуется одинаковой температурой во всех точках системы. Однако, как впервые показал Толман [260, 186], в ОТО это не так т. е. собственная температура в каждой точке среды зависит от гравитационного потенциала % в этой точке. [c.296]

Приведем один частный, но принципиально важный пример структуры смешанного состояния. Имея дело со статистическими системами, мы должны помнить, что в число обязательных для них признаков входит существование равновесного состояния. В соответствии с нулевым началом термодинамики это состояние является предельным для эволюционного процесса, в котором участвует статистическая система. Уравнение Лиувилля справедливо и для нетермодинамических систем (еще раз напомним, что оно является уравнением механики). Если мы положим в нем dp/dt = О (этому условию удовлетворяют не только равновесное, но и любые стационарные состояния системы), то получим [Я, р = 0. Этому уравнению удовлетворяет любая функция от гамильтониана Я и всех коммутирующих с ним операторов динамических величин (т. е. любая функция интегралов движения, характерных для данной системы). [c.287]

Принцип Больцмана является следствием общих положений статистической термодинамики и, как мы увидим в 31, лшжег быть из них выведен. Мы разберем там также границы его прн-менимости и уточним его формулировку. Принцип Больцлгана дает, ответы на вопросы, поставленные в начале этого параграфа. Соотношение (30.2) показывает, что чем больше свободная энергия системы в рассматриваемом состоянии отличается от своего наименьшего значения, соответствующего равновесному состоянию, тем меньше вероятность рассматриваемого состояния. Поскольку вероятность состояния равна относительному времени пребыва ния в этом состоянии, мы можем сказать, что больше всего система находится в состояниях, мало отличающихся от равновесного. Разность свободных энергий А1 з равна изотермической работе, которую нужно совершить, чтобы привести систему обратимым путем из равновесного состояния в рассматриваемое. Поэтому большой вероятностью обладают те состояния, работа перехода из которых в равновесное состояние мала. [c.260]

При изучении химических реакций и их приближения к равновесию следует явно рассмотреть производство энтропии в ходе реакций. Иначе говоря, имеем задачу получить явные формулы для производства энтропии как функции скоростей реакций. Включение скоростей реакций выводит нас за рамки к.пассической термодинамики равновесных состояний в том виде, в каком ее сформулировали Гиббс и другие исследователи. [c.229]

КВАЗИСТАТЙЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС (равновесный процесс), в термодинамике — бесконечно медленный переход термодинамич. системы из одного равновесного состояния в другое, при к-ром в любой момент времени физ. состояние системы бесконечно мало отличается от равновесного (см. Равновесие термодинамическое). Равновесие в системе при К. п. устанавливается во много раз быстрее, чем происходит изменение физ. параметров системы. Всякий К. п. явл. обратимым процессом. К. п. играют в термодинамике важную роль, т. к. термодинамич. циклы, включающие одни К. п., дают макс. значения работы (см. Карно цикл). Термин К. п. предложен в 1909 нем. математиком К. Ка-ратеодори. [c.249]

ФАЗА в термодинамике, термодинамически равновесное состояние в-ва, отличающееся пр физ. св-вам от др. возможных равновесных состояний (др. фаз) того же в-ва (см. Равновесие термодинамическое). Иногда неравновесное метастабильное состояние в-ва также наз. фазой (метастабиль-н р й). Переход в-ва из одной Ф. в другую — фазовый переход — связан с качеств. изменениями св-в в-ва. Напр., газовое, жидкре и крист, состояния (Ф.) в-ва различаются хар-ром движения структурных ч-ц (атомов, молекул) и наличием или отсутствием упорядоченной структуры (см. Агрегатные состояния). Различные крист. Ф. могут отличаться друг от друга типом крист, структуры, электропроводностью, электрич. и магн. св-вами, наличием или отсутствием сверхпроводимости и т. д. Жидкие Ф. отличаются друг от друга концентрацией, компонентов, наличием или отсутствием сверхтекучести, анизотропией упругих и электрич. св-в (у жидких кристаллов) и т. д. В ТВ. сплавах Ф. крист, структуры могут отличаться плотностью, модулями упругости, темп-рой плавления и др. свойствами. [c.798]

ФУНКЦИЯ состояния в термодинамике, функция независимых параметров, определяющих равновесное состояние термодинамич. системы. Ф. с. не зависит от пути (хар-ра процесса), следуя к-рому система пришла в рассматриваемое равновесное состояние (т. е. не зависит от предыстории системы). К Ф. с. относятся, в частности, характеристические функции системы (внутр. энергия, энтальпия, энтропия и др.). Работа и кол-во теплоты не явл. Ф. с., т. к. их значение определяется видом процесса, в результате к-рого система изменила своё состояние. [c.835]

В термодинамике для исследования равновесных процессов широко используют р, у-диаграмму, в которой осью абсцисс служит удельный объем, а осью ординат — давление. Поскольку состояние термодинамической системы определяется двумя параметрами, то на р, у-ди-аграмме оно изображается точкой. На рис. 2.2 точка I соответствует начальному состоянию системы, точка 2 — конечному, а линия 12 — процессу расширения рабочего тела от v до v . [c.13]

Как мы уже указывали, автор в ряде случаев избегает строгого подхода к тем или иным термодинамическим понятиям. Например, по сути дела он не провел различия между понятиями равновесный и обратимый (процессы). Как известно, про--цесс является равновесным (квазистатическим), если он состоит из непрерывной совокупности равновесных состояний системы. Обратимый же процесс — это такой процесс с рассматриваемой системой, выполнив который она может вернуться в исходное состояние без изменений в ней самой и в системах, внешних по отношению к ней. В подавляющем большинстве случаев равновесные процессы являются обратимыми, однако можно привести пример, когда равновесный процесс не является обратимым. В описании политропных процессов автор отошел от общепринятого понимания понятия политропный процесс . В отличие от принятого в советской термодинамической литературе автор определяет политропный процесс как такой процесс с идеальным газом, который удовлетворяет условию pv = onst, в котором величина о лежит между единицей и величиной отношения pj . Поэтому изотермический, адиабатный и многие другие процессы не являются, по мнению автора, политропными. В указанном ограничении величины о и состоит отличие понимания политроп-ного процесса автором от принятого советскими термодинамиками. [c.24]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...