December 05 2016 16:39:09
School Nogma
Навигация
 
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
 
Изолированные термодинамические системы
ОСНОВЫ  ТЕРМОДИНАМИКИ

Когда говорят о замкнутых, то есть полностью изолированных от внешних влияний термодинамических системах, то очевидно, что у них остаются неизменными внутренняя энергия и объем. Следовательно, вариации этих величин U = 0 и V = 0. Из неравенства (9.1) и положительности абсолютной температуры сразу следует условие равновесия в изолированной системе

                    (S)U,V < 0.                                    (9.2)

Это означает, что в равновесии энтропия максимальна относительно любых вариаций, при которых внутренняя энергия системы и ее объем остаются неизменными. Это соответствует уже ранее известному содержанию второго начала термодинамики, утверждающему, что в замкнутых системах энтропия самопроизвольно может только возрастать (либо сохраняется).

    Если нет процессов выравнивания температур и давлений (например, в силу быстроты изменения внешних параметров все изменения в термодинамической системе происходят обратимым образом, поскольку процессы релаксации просто не успевают произойти), то энтропия сохраняется и S = 0. Тогда из неравенства (9.1) для случая неизменного объема, когда V = 0, следует

                     (U)S,V > 0,                                  (9.3)

что означает минимальность внутренней энергии при равновесии термодинамических систем, если происходящие в них процессы обратимы, а объём неизменен.

Это условие аналогично принципу виртуальных (возможных) перемещений в механике, выражающему необходимые и достаточные условия равновесия любой системы материальных точек.

9.2.    Критерии равновесия в открытых термодинамических системах

Предположение об изолированности систем сильно ограничивает применение на практике полученных выше результатов, поскольку в технике термодинамические системы, как правило, связаны с окружающими телами (системами). Обычно различают связи:

  • механическую (через силовое воздействие);

  • тепловую (обычно через столь быстро осуществляемый теплообмен, что обеспечивается равенство температуры системы с температурой окружающей среды);

  • вещественную, часто именуемую материальной (через обмен веществом с окружающими телами, играющий важную роль, например, при фазовых переходах первого рода).

Открытыми следует также считать термодинамические системы, в которых происходят химические реакции. Хотя такие системы могут и не иметь перечисленных выше связей с внешними телами, но масса каждого компонента в системе будет изменяться до достижения равновесного состава, а это равносильно вещественной связи.

Рассмотрим, какие изменения вносит в условия равновесия открытость термодинамических систем.

Системы с механической связью

Если связь термодинамической системы с окружающими телами силовая, то есть чисто механическая, а не тепловая (система адиабатически изолирована, и теплообмена с окружением нет), тогда равновесию по-прежнему соответствует максимум энтропии (работа силы, как известно, не влияет на энтропию), но условие минимума внутренней энергии уже не выполняется. Легко понять, что к минимуму стремится не сама внутренняя энергия, а ее сумма с потенциальной энергией, характеризующей силовую связь с внешними телами. В общем случае потенциал внешних сил, конечно, отличен от  РV, но чаще всего, когда нет электрических и магнитных влияний, такая связь осуществляется посредством внешнего давления, которое, как правило, постоянно. В этом случае общее (9.1)  выражение для вариации (с учетом вариации для энтропии S = 0) позволяет записать условие равновесия сначала в виде  U + PV > 0,  а с учетом постоянства давления как   U + PV) > 0. Поскольку функция состояния, именуемая энтальпией такова: Н = U + PV, то условие термодинамического равновесия в системах с механической связью при постоянном давлении принимает вид

                            (Н ) S,Р > 0.                           (9.4)

    Это означает, что при отсутствии теплообмена (энтропия сохраняется) и при постоянном давлении равновесию в термодинамических системах соответствует минимум энтальпии, то есть для систем с механической связью, находящихся под постоянным давлением, энтальпия играет такую же роль, какую играет внутренняя энергия для систем с неизменным объемом при протекании в них обратимых процессов.

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.07 секунд 4,195,209 уникальных посетителей