Параметры термодинамической системы. Температура.

Термодинамика и ее метод исследования.

Термодинамика — раздел теоретиче­ской физики, в котором изучаются об­щие закономерности взаимных преобра­зований различных форм движения ма­терии при взаимодействии материаль­ных тел.

Название «термодинамика» происхо­дит от двух греческих слов: therme— теплота, dynamikos— относящийся к силе, силовой. Первоначально термоди­намика включала основы теории теп­ловых двигателей и изучала законы взаимного преобразования теплоты и работы. В дальнейшем по мере разви­тия естествознания и техники термоди­намика вышла за рамки тех задач, которые непосредственно вытекают из ее названия, и в настоящее время ее методы с успехом применяются во мно­гих областях естествознания. В первую очередь это обусловлено универсаль­ностью термодинамического метода ис­следования разнообразных физических явлений и процессов.

В основу термодинамики положены законы, или начала, обобщающие боль­шой объем опытных данных. Результа­ты и выводы, полученные как логиче­ское следствие из основных законов, обладают общностью и достоверностью.

Термодинамика является наукой фе­номенологической. При феноменологи­ческом подходе к анализу преобразо­вания энергии термодинамические си­стемы рассматриваются как целое без учета особенностей структуры вещест­ва. Вследствие этого изменение наших представлений о строении материи и вещества, которое может иметь место в процессе развития науки о материаль­ных телах, практически не влияет на характер получаемых количественных соотношений и закономерностей. Вместе с тем термодинамика не может вскрыть механизм микроскопических явлений и

их природу, определить абсолютные значения физических величин. Поэтому феноменологическая термодинамика должна использовать результаты, полу­ченные методами статистической физи­ки и квантовой механики.

Термодинамика опирается на фунда­ментальный закон природы — закон со­хранения энергии. Применение этого за­кона к изучаемым материальным телам позволяет найти количественные оценки для процессов взаимного преобразова­ния различных форм движения материи.

Термодинамический метод исследо­вания применяется при изучении самых различных физических и химических явлений, таких, как процессы переноса и излучения, формирование кристаллов и кристаллических структур, хими­ческие и фазовые превращения, процес­сы в магнитогидродинамическнх и плазменных генераторах, в тепловых двигателях, топливных элементах,уста­новках холодильной и криогенной тех­ники и других устройствах. В соответ­ствии с этим различают химическую термодинамику, термодинамику излуче­ния, техническую термодинамику, тер­модинамику необратимых процессов и ряд других специфических направлений термодинамики.

Параметры термодинамической системы. Температура.

Термодинамические параметры состояния. Состояние системы изменяется при ее взаимодействии с окружающей сре­дой, например при теплообмене, изме­нении объема (сжатии, расширении), под действием внешнего давления (де­формации), при воздействии электро­магнитных полей и т. д. Очевидно, что в результате взаимодействия должны произойти изменения некоторых физи­ческих свойств.

Макроскопические величины, харак­теризующие состояние термодинамиче­ской системы, называются термодинамическимн параметрами состояния. Величины, определяемые отношением этих параметров к массе систем, называ­ются удельными.

Основными термодинамическими па­раметрами состояния газообразных рабочих тел являются термодинами­ческая температура, абсолютное дав­ление, удельный объем_, энтропия.

Температура. В кинетической теории газов показано, что темпера­тура определяется статистическими методами для большого числа частиц. Она характеризует интенсивность молекулярного (теплового) движения и яв­ляется мерой средней кинетической энергии молекул. Изменение кинетиче­ской энергии молекул сопоставляется с изменением температуры и регистри­руется термометрическими приборами. Для идеального газа увеличение сред­ней скорости движения молекул приво­дит к возрастанию температуры тела в соответствии с уравнением , где Т — термодинамическая температу­ра; т — масса одноатомной молекулы; w — средняя квадратичная скорость поступательного движения молекулы; k — постоянная Болышана, равная 1,3805- Дж/К.

На практике температура тела может быть измерена на основе различных физических явлений: расширения твер­дых, жидких и газообразных тел при нагревании, изменения электрического сопротивления проводников, по термо­электродвижущей силе, изменениям в спектрах излучения и др.

В настоящее время основной шкалой признана термодинамическая темпера­турная шкала.

Единицей температуры в Междуна­родной системе единиц (СИ) является кельвин (К) — 1/273,16 часть термоди­намической температуры тройной точки воды. Тройная точка воды (273,16 К) соответствует равновесию системы, со­стоящей из льда, воды и водяного па­ра. Нижней границей термодинамиче­ской температурной шкалы служит точ­ка абсолютного нуля (О К).

Кроме температуры Кельвина (обо­значение Т), допускается применять также температуру Цельсия (обозначе­ние t), определяемую выражением ( t = Т-Т₀, где T₀ = 273,15 К. Кроме того, используется международная практическая температурная шкала 1968 г. (МПТШ— 68), которую также можно градуировать и в Кельвинах (К) и в градусах Цельсия (°С). Размер кельвина и градуса Цельсия один и тот же.