Историческая справка

Термодинамика как наука начала развиваться, начиная с XVIII века после появления первых паровых машин.

В 1824 г. французский инженер Сади Карно опубликовал первую работу по теории тепловых машин «Размышления о движущей силе огня».

Экспериментальные работы Джоуля (1843 г.) и теоретические работы Р.Майера (1842 г.) послужили первым обоснованием энергетической концепции теплоты.

В 1848 г. Гельмгольц разработал термодинамическую теорию гальванического элемента.

В 1876 г. Гиббс применил термодинамику к химическим процессам.

Термодинамическая система – это совокупность макроскопических тел, обменивающихся энергией между собой и с окружающей средой.

Система, не обменивающаяся с внешними телами ни энергией, ни веществом (в том числе и излучением) называется изолированной.

Все термодинамические системы разделяются на два класса – гомогенныеи гетерогенные.

Гомогенные– это такие системы, внутри которых свойства изменяются непрерывно при переходе от одного места к другому. Обычно это физически однородные среды, например, смеси газов, жидкие и твердые растворы.

Гетерогенныминазываются системы, которые состоят из нескольких физически однородных тел, так, что внутри системы имеются разрывы непрерывности в изменении свойств. Обычно это различные агрегатные состояния одного и того же вещества, или различные кристаллические модификации, или различные продукты взаимного растворения, или продукты химического взаимодействия различных веществ.

Термодинамическая система может быть частично изолированнойили полностью изолированной.

Если термодинамическая система изолирована в тепловом отношении, т.е. помещена в адиабатическую оболочку (оболочку, не допускающую никакого теплообмена), но не изолирована в механическом отношении (например, объем ее может изменяться), то такая система является частично изолированной. Если система не имеет никаких взаимодействий с окружающей средой, то ее называют полностью изолированной.

Термодинамическая система называется закрытой, если она не обменивается веществом с окружающей средой. Если термодинамическая система и окружающая среда обмениваются между собой веществом, то система называется открытой.

Если в термодинамической системе все параметры постоянны во времени и нет никаких стационарных потоков за счет действия каких-либо внешних источников, то такое состояние называется термодинамическим равновесием.

Изолированная система с течением времени всегда приходит в состояние термодинамического равновесия и никогда самопроизвольно выйти из него не может.Это первый или основной постулат термодинамики.

Термодинамический процесс – это непрерывно протекающее изменение состояния термодинамической системы, происходящее в результате ее теплового и механического взаимодействия с окружающей средой.

Если термодинамическая система выведена из состояния равновесия и предоставлена самой себе, то через некоторое время она снова придет в равновесное состояние. Этот процесс перехода системы из неравновесного состояния в равновесное называется релаксацией, а промежуток времени в течение которого система возвращается в равновесное состояние, называется временем релаксации.

Процесс называется равновеснымиликвазистатическим, если все параметры системы изменяются физически бесконечно медленно, так что система все время находится в равновесном состоянии. Физически бесконечно медленным или квазистатическим изменением какого-либо параметра a называют такое его изменение, когда скорость da/dt значительно меньше средней скорости изменения этого параметра при релаксации, т.е

где τ – время релаксации.

Если изменение какого-либо параметра происходит за время меньшее или равное времени релаксации, такой процесс называется неравновесным.

Термодинамические процессы могут быть обратимымиинеобратимыми.

Процесс перехода системы из одного состояния в другое называется обратимым, если возвращение этой системы в исходное состояние можно осуществить без каких бы то ни было изменений в окружающих телах. Процесс перехода системы из одного состояния в другое будет называться необратимым, если обратный переход невозможно осуществить без изменений в окружающих телах.