Уравнения состояния
105
0
2 минуты
Уравнением состояния рабочего тела называется функциональная
зависимость потенциала от всех координат состояния.Следовательно,
сколько родов взаимодействия термодинамической системы с внешней
средой, столько потенциалов, столько координат состояния и столько
уравнений состояния.Для термодеформационной системы (т.е. для двух
родов взаимодействия: термического и деформационного) уравнений
состояния два, т.к. два потенциала в соответствии с
(1.9.2):Конкретный
вид функций f(s,v) и φ(s,v) предоставляют для термодинамики физики,
которые для этого проводят специальные теоретические и
экспериментальные исследования. Полученные соотношения параметров
состояния системы четко отражают физические связи внутри рабочего
тела (системы) – первичными сигналами изменения состояния являются
координаты. Сами соотношения относятся к уравнениям состояния – это
общий вид такого уравнения в термодинамике.В силу исторических
обстоятельств развития физики и термодинамики уравнение состояния
идеального газа не содержит энтропию:pv = RT (уравнение Клайперона
– Менделеева), (1.11)где R = 8314/μ. Здесь 8314 дж/кмольК –
универсальная газовая постоянная, μ – молекулярный вес вещества
рабочего тела, кг/кмоль. Это уравнение было получено из опытов с
газами при невысоких давлениях и температурах. Разумеется, из
(1.10) обе аналитические связи можно свести к одной F(p,v,T) = 0,
которая не противоречит экспериментальному (1.11). Этим не
исчерпывается роль термодинамики в решении проблемы уравнений
состояния.
Она накладывает существенные ограничения на
функциональный вид этих функций. Эти функции могут быть не любыми,
а обязательно удовлетворять условиям:В
этой записи, а мы будем ею широко пользоваться в дальнейшем, индекс
внизу справа у скобки с частной производной означает, что
соответствующий параметр состояния фиксирован.Эти неравенства
обычно называют критерием стабильности термодинамики, в химии – это
формальная запись принципа ле Шателье – Брауна, хорошо знакомого
студентам химико-технологического профиля образования.Происхождение
критерия стабильности термодинамики – эмпирический факт.
Многочисленные наблюдения за различными термодинамическими
системами показывают, что с ростом координаты состояния какого-то
рода взаимодействия (и отсутствия других видов) соответствующий
потенциал самопроизвольно не убывает (т.е. растет или неизменен).
Обратно, с увеличением потенциала сопряженная координата состояния
самопроизвольно также не убывает (т.е. растет или неизменна)Для
теплоизолированной системы (s = const) c увеличением удельного
объема, согласно критерию стабильности, давление в системе только
уменьшается, но это и очевидно. Для деформационно изолированной
системы (v = const) с увеличением энтропии температура газа
обязательно увеличится, и обратно, с увеличением температуры
энтропия только увеличится. Действительно, если закрытый газовый
баллон с каким-то газом положить в костер, то температура газа
обязательно увеличится в согласии с критерием стабильности. Вот
такие и многие другие экспериментальные факты термодинамика
«присвоила» себе.
Понравилась работу? Лайкни ее и оставь свой комментарий!
Для автора это очень важно, это стимулирует его на новое творчество!