1.4 Рівняння стану

Основні термодинамічні параметри стану Р, υ, Т однорідного тіла залежать друг від друга і взаємно пов’язані між собою визначеним математичним рівнянням, що називається рівнянням стану:

f (Р, υ, Т) = 0 . (1.7)

Рівноважним станом називається стан тіла, при якому у всіх його частина об’єму Р, υ і Т и всі інші фізичні властивості однакові.

Сукупність змін стану термодинамічної системи при переході з одного стану в інше називається термодинамічним процесом. Термодинамічні процеси бувають рівноважні і нерівновагі. Якщо процес проходить через рівноважні стани, то він називається рівноважним. У реальних випадках усі процеси є нерівновагими.

Якщо при будь-якому термодинамічному процесі зміна параметра стану не залежить від виду процесу, а визначається початковим і кінцевим станом, то параметри стану називаються функцією стану.

Такими параметрами є внутрішня енергія, энтальпія, ентропія і т.д.

Інтенсивні параметри – це параметри не залежні від маси системи (тиск, температура).

Адитивні (екстенсивні) параметри – параметри, значення яких пропорційні масі системи (об’єм, енергія, ентропія і т.д.).

Тема 2. Перший закон термодинаміки.

2.1. Теплота і робота.

Тіла, що беруть участь при протіканні термодинамічного процесу обмінюються енергією. Передача енергії від одного тіла до іншого відбувається двома способами.

1-й спосіб реалізується при безпосередньому контакті тіл, що мають різну температуру, шляхом обміну кінетичною енергією між молекулами дотичних тіл або променистим переносом внутрішньої енергії випромінюючих тіл шляхом електромагнітних хвиль. При цьому енергія передається від більш нагрітого до менш нагрітого.

Кількість енергії, переданої 1-м способом від одного тіла до іншого, називається кількістю теплоти – Q [Дж], а спосіб – передача енергії у формі теплоти.

2-й спосіб зв'язаний з наявністю силових полів або зовнішнього тиску. Для передачі енергії цим способом тіло повинне або пересуватися в силовому полі, або змінювати свій об’єм під дією зовнішнього тиску, Тобто передачі енергії відбувається за умови переміщення всього тіла або його частини в просторі. При цьому кількість переданої енергії називається роботою – L [Дж], а спосіб передача енергії у формі роботи.

Кількість енергії, отримана тілом у формі роботи називається роботою зробленої над тілом, а віддану енергію – витраченої тілом роботою.

Кількість теплоти, отримана (віддане) тілом і робота, зроблена (витрачена) над тілом, залежать від умов переходу тіла з початкового стану в кінцеве, тобто залежать від характеру термодинамічного процесу.

2.2. Внутрішня енергія.

У загальному випадку внутрішньою енергією називається сукупність усіх видів енергій, які є в тілі або системі тіл. Цю енергію можна представити як суму окремих видів енергій: кінетичної енергії молекул (поступального й обертального руху молекул); коливального руху атомів у самій молекулі; енергії електронів; внутрішньоядерної енергії; енергії взаємодії між ядром молекули й електронами; потенційної енергії молекул.

У технічній термодинаміці розглядаються тільки такі процеси, у яких змінюються кінетична і потенційна складові внутрішньої енергії. При цьому знання абсолютних значень внутрішньої енергії не потрібно. Тому внутрішньою енергією для ідеальних газів називають кінетичну енергію руху молекул і енергію коливальних рухів атомів у молекулі, а для реальних газів додатково включають потенційну енергію молекул.

Внутрішня енергія (U) є функцією двох основних параметрів стану газу, тобто U = f (P,T), U = f (V ,T) U= f (P,V). В кожному стані робочого тіла (системи) відповідає цілком визначене значення параметрів стану, то для кожного стану газу буде характерна своя однозначна, цілком визначена величина внутрішньої енергії U. Тобто, U є функцією стану газу. І різниця внутрішніх енергій для двох яких-небудь станів робочого тіла або системи тіл не буде визначатися від шляху переходу від першого стану в друге.