Классификация и систематизация термодинамических параметров состояния

Потенциал. В любой реальной системе при ее взаимодействии с внешней средой потенциалом называется такой параметр, разность значений которого в системе и внешней среде является первопричиной взаимодействия. Иными словами, разность потенциалов – необходимое условие взаимодействия (и любого рода энергообмена или массообмена). Необходимым условием деформации (изменения геометрии и формы рабочего тела) является разность давлений р внутри и вне системы, других причин для деформации объема просто нет. В гидравлике (текучие рабочие тела) эта же разность давлений является причиной движения жидких сред. Необходимым условием термического взаимодействия системы с внешней средой является разность температур Т внутри и вне системы Вообще, разность значений внешнего Ре и внутреннего Р потенциала можно назвать «движущей силой». Итак, -р (минус) – потенциал деформационного взаимодействия. Причина появления минуса рассматривается далее. Т – потенциал термического взаимодействия. По определению, давлением р называется отношение силы воздействия к площади поверхности действия силы: р = f / s, [f] = н (ньютон), [s] = м2. [p] = н/м2. [T] = К (Кельвин). ( 1)1) Координата состояния. Координатой состояния называется такой параметр состояния, который обязательно изменяется при данном роде взаимодействия. Иными словами, изменение координаты состояния является достаточным условием взаимодействия (т. е. энергообмена или массообмена) системы с внешней средой. Поиском конкретного вида таких параметров – координат занимается экспериментальная и теоретическая физика в ее различных разделах. Для механического деформационного взаимодействия координатой являются: длина – при линейном воздействии (растягивание пружины, например), площадь – при поверхностном воздействии (выдувании пузырей, например), объем – при воздействии на трехмерное тело, масса – при химическом взаимодействии двух или более веществ (убывание исходных веществ и увеличение количества продуктов реакции). Для деформационного взаимодействия координатой состояния является геометрический объем V м3, поверхность S м2 или протяженность l м конкретного тела (вещества). Однако геометрические характеристики объема м3, поверхности м2 или длины м ничего кроме абсолютного значения (количества) не дают. Подобные количественные характеристики не могут относиться к параметрам состояния системы (поэтому называются экстенсивными величинами). Для рабочего тела в обобщенном виде параметром состояния, т. е. характеристикой последнего, служит удельное значение геометрической характеристики: удельного объема, т. е. геометрического объема, отнесенного к массе m кг рабочего тела, помещенного в объем V: v = V / m, м3 / кг ( 1)2) Заметим здесь же, что удельный объем вещества в термодинамической системе очень просто связан с плотностью ρ среды, которая почему-то более привычна студентам: v ≡ 1 / ρ; ρ ≡ 1/ v кг/м3 ( 1)3) Плотность вещества и его удельный объем просто обратно пропорциональны, т. е. vρ = 1) Термическая координата состояния и ее экстенсивная величина носит название энтропия, обозначается буквой S, имеет размерность дж/К, а параметром состояния рассматривается удельное значение энтропии, относящееся к интенсивным величинам (характеристикам), оно обозначается буквой s: s = S / m, дж / кг К ( 1)4) Энтропия рабочего тела – такая же физическая величина, как хорошо знакомые давление, объем, температура. Энтропию также можно измерять в специальном эксперименте или рассчитывать по некоторой методике. Исторически энтропия была введена немецким термодинамиком Клаузиусом аналитическим анализом термодинамических взаимодействий. Еще и еще раз подчеркнем: координата состояния данного рода взаимодействия никогда не изменяется, если отсутствует этот род взаимодействия.