Uzun bir süre boyunca fizikçiler ve diğer bilimlerin temsilcileri deneyleri sırasında gözlemlediklerini tanımlamanın bir yolunu buldular. Konsensüs olmaması ve "birdenbire" alınmış çok sayıda terimin varlığı, meslektaşlar arasında kafa karışıklığına ve yanlış anlamalara yol açtı. Zamanla, fiziğin her dalı, yerleşik tanımlarını ve ölçü birimlerini edindi. Sistemdeki makroskopik değişikliklerin çoğunu açıklayan termodinamik parametreler bu şekilde ortaya çıktı.
Tanım
Durum parametreleri veya termodinamik parametreler, birlikte ve ayrı ayrı gözlemlenen sistemi karakterize edebilen bir dizi fiziksel niceliktir. Bunlar, aşağıdaki gibi kavramları içerir:
- sıcaklık ve basınç;
- konsantrasyon, manyetik indüksiyon;
- entropi;
- entalpi;
- Gibbs ve Helmholtz enerjileri ve diğerleri.
Yoğun ve kapsamlı parametreleri seçin. Doğrudan termodinamik sistemin kütlesine bağlı olanlar kapsamlıdır veyoğun - diğer kriterlere göre belirlenir. Tüm parametreler eşit derecede bağımsız değildir, bu nedenle sistemin denge durumunu hesaplamak için aynı anda birkaç parametreyi belirlemek gerekir.
Ayrıca, fizikçiler arasında bazı terminolojik anlaşmazlıklar var. Aynı fiziksel karakteristik, farklı yazarlar tarafından bir süreç veya bir koordinat veya bir miktar veya bir parametre veya hatta sadece bir özellik olarak adlandırılabilir. Her şey bilim insanının kullandığı içeriğe bağlıdır. Ancak bazı durumlarda, belge, ders kitabı veya emir hazırlayanların uyması gereken standartlaştırılmış öneriler vardır.
Sınıflandırma
Termodinamik parametrelerin birkaç sınıflandırması vardır. Bu nedenle, ilk paragrafa dayanarak, tüm miktarların bölünebileceği zaten bilinmektedir:
- kapsamlı (katkı maddesi) - bu tür maddeler ekleme yasasına uyar, yani değerleri bileşenlerin sayısına bağlıdır;
- yoğun - etkileşim sırasında hizalandıkları için, reaksiyon için maddenin ne kadarının alındığına bağlı değildirler.
Sistemi oluşturan maddelerin bulunduğu koşullara bağlı olarak, miktarlar faz reaksiyonlarını ve kimyasal reaksiyonları tanımlayanlara bölünebilir. Ek olarak, reaktanların özellikleri dikkate alınmalıdır. Şunlar olabilir:
- termomekanik;
- termofizik;
- termokimyasal.
Bunun yanı sıra, herhangi bir termodinamik sistem belirli bir işlevi yerine getirir, böylece parametrelerreaksiyonun sonucu olarak üretilen işi veya ısıyı karakterize eder ve ayrıca parçacıkların kütlesini aktarmak için gereken enerjiyi hesaplamanıza izin verir.
Durum Değişkenleri
Termodinamik de dahil olmak üzere herhangi bir sistemin durumu, özelliklerinin veya özelliklerinin bir kombinasyonu ile belirlenebilir. Sadece belirli bir zamanda tam olarak belirlenen ve sistemin bu duruma tam olarak nasıl geldiğine bağlı olmayan tüm değişkenlere termodinamik durum parametreleri (değişkenler) veya durum fonksiyonları denir.
Değişken fonksiyonlar zamanla değişmezse sistem durağan kabul edilir. Kararlı durumun bir versiyonu termodinamik dengedir. Sistemdeki herhangi bir, hatta en küçük değişiklik bile bir süreçtir ve bir ila birkaç değişken termodinamik durum parametresi içerebilir. Sistemin durumlarının sürekli olarak birbirine geçtiği sıraya "işlem yolu" denir.
Maalesef, aynı değişken hem bağımsız hem de birkaç sistem fonksiyonunun eklenmesinin sonucu olabileceğinden, terimlerle hala karışıklık var. Bu nedenle, "durum işlevi", "durum parametresi", "durum değişkeni" gibi terimler eş anlamlı olarak kabul edilebilir.
Sıcaklık
Bir termodinamik sistemin durumunun bağımsız parametrelerinden biri sıcaklıktır. Birim parçacık başına kinetik enerji miktarını karakterize eden bir değerdir.dengede termodinamik sistem.
Kavramın tanımına termodinamik açısından yaklaşırsak, sıcaklık, sisteme ısı (enerji) ekledikten sonra entropideki değişimle ters orantılı bir değerdir. Sistem dengedeyken, sıcaklık değeri tüm "katılımcılar" için aynıdır. Sıcaklık farkı varsa, enerji daha sıcak bir cisim tarafından verilir ve daha soğuk bir cisim tarafından emilir.
Enerji eklendiğinde düzensizliğin (entropinin) artmadığı, aksine azaldığı termodinamik sistemler vardır. Ek olarak, eğer böyle bir sistem, sıcaklığı kendisinden daha yüksek olan bir cisimle etkileşime girerse, kinetik enerjisini bu cisme verir, tersi olmaz (termodinamik yasalarına göre).
Basınç
Basınç, bir cismin yüzeyine dik olarak etki eden kuvveti karakterize eden bir niceliktir. Bu parametreyi hesaplamak için tüm kuvvet miktarını cismin alanına bölmek gerekir. Bu kuvvetin birimleri paskal olacaktır.
Termodinamik parametreler söz konusu olduğunda, gaz, kendisine sunulan tüm hacmi kaplar ve ayrıca onu oluşturan moleküller sürekli olarak rastgele hareket eder ve birbirleriyle ve bulundukları kap ile çarpışırlar.. Maddenin kabın duvarlarına veya gazın içine konan gövdeye yaptığı basıncı belirleyen bu etkilerdir. Kuvvet, tam olarak öngörülemezlik nedeniyle her yöne eşit olarak yayılır.moleküler hareketler. Basıncı artırmak için sistemin sıcaklığını artırmanız gerekir ve bunun tersi de geçerlidir.
İç enerji
Sistemin kütlesine bağlı olan ana termodinamik parametreler iç enerjiyi içerir. Bir maddenin moleküllerinin hareketinden kaynaklanan kinetik enerjiden ve moleküller birbirleriyle etkileştiğinde ortaya çıkan potansiyel enerjiden oluşur.
Bu parametre açık. Yani, sisteme (duruma) hangi yoldan ulaşıldığına bakılmaksızın, sistem istenen durumdayken iç enerjinin değeri sabittir.
İç enerjiyi değiştirmek imkansızdır. Sistemin verdiği ısı ile ürettiği işin toplamıdır. Bazı işlemler için sıcaklık, entropi, basınç, potansiyel ve molekül sayısı gibi diğer parametreler dikkate alınır.
Entropi
Termodinamiğin ikinci yasası, yalıtılmış bir sistemin entropisinin azalmadığını belirtir. Başka bir formülasyon, enerjinin asla daha düşük sıcaklıktaki bir vücuttan daha sıcak olana geçmediğini varsayar. Bu da, vücutta mevcut olan tüm enerjiyi işe aktarmak imkansız olduğundan, sürekli hareket eden bir makine yaratma olasılığını reddeder.
"Entropi" kavramının kendisi 19. yüzyılın ortalarında kullanılmaya başlandı. Daha sonra sistemin sıcaklığına ısı miktarında bir değişiklik olarak algılandı. Ama bu tanım sadecesürekli dengede olan süreçlerdir. Buradan şu sonucu çıkarabiliriz: Sistemi oluşturan cisimlerin sıcaklıkları sıfır olma eğilimindeyse, o zaman entropi de sıfıra eşit olacaktır.
Gaz durumunun termodinamik parametresi olarak entropi, parçacık hareketinin rastgelelik, rastgelelik ölçüsünün bir göstergesi olarak kullanılır. Moleküllerin belirli bir alan ve kaptaki dağılımını belirlemek veya bir maddenin iyonları arasındaki elektromanyetik etkileşim kuvvetini hesaplamak için kullanılır.
Entalpi
Entalpi, sabit basınçta ısıya (veya işe) dönüştürülebilen enerjidir. Bu, araştırmacı entropi seviyesini, molekül sayısını ve basıncı biliyorsa, dengede olan bir sistemin potansiyelidir.
İdeal bir gazın termodinamik parametresi belirtilirse, entalpi yerine "genişletilmiş sistemin enerjisi" ifadesi kullanılır. Bu değeri kendimize açıklamayı kolaylaştırmak için, bir piston tarafından eşit olarak sıkıştırılan gazla dolu bir kap (örneğin, içten yanmalı bir motor) hayal edebiliriz. Bu durumda entalpi sadece maddenin iç enerjisine değil aynı zamanda sistemi gerekli duruma getirmek için yapılması gereken işe de eşit olacaktır. Bu parametrenin değiştirilmesi sadece sistemin ilk ve son durumuna bağlıdır ve nasıl alınacağı önemli değildir.
Gibbs Enerji
Termodinamik parametreler ve süreçler, çoğunlukla, sistemi oluşturan maddelerin enerji potansiyeli ile ilişkilidir. Böylece Gibbs enerjisi, sistemin toplam kimyasal enerjisine eşdeğerdir. Kimyasal reaksiyonlar sırasında hangi değişikliklerin olacağını ve maddelerin etkileşime girip girmeyeceğini gösterir.
Reaksiyonun seyri sırasında sistemin enerji miktarının ve sıcaklığının değiştirilmesi entalpi ve entropi gibi kavramları etkiler. Bu iki parametre arasındaki fark Gibbs enerjisi veya izobarik-izotermal potansiyel olarak adlandırılacaktır.
Sistem dengede ise bu enerjinin minimum değeri gözlenir ve basıncı, sıcaklığı ve madde miktarı değişmez.
Helmholtz Enerji
Helmholtz enerjisi (diğer kaynaklara göre - sadece serbest enerji), sisteme dahil olmayan cisimlerle etkileşime girdiğinde sistem tarafından kaybedilecek potansiyel enerji miktarıdır.
Helmholtz serbest enerjisi kavramı genellikle bir sistemin yapabileceği maksimum işi, yani maddeler bir halden diğerine geçtiğinde ne kadar ısı açığa çıktığını belirlemek için kullanılır.
Sistem termodinamik denge durumundaysa (yani herhangi bir iş yapmıyorsa), o zaman serbest enerji seviyesi minimumdadır. Bu, sıcaklık gibi diğer parametrelerin değiştirilmesi,basınç, partikül sayısı da oluşmaz.
