Температура. термодинамический процесс. термодинамическое равновесие
Температура — один из основных макропараметров термодинамической системы, характеризующих состояние ее теплового, или термодинамического, равновесия. Сущность этого понятия объясняется течением тепловых явлений и процессов.
Так, из собственного опыта нам известно, что более нагретые тела отдают тепло менее нагретым, вследствие чего с течением времени их температуры становятся одинаковыми. Если, например, кусочек льда бросить в стакан с теплой водой (рис.
1.3), то лед будет таять, а вода в стакане будет охлаждаться, отдавая определенное количество теплоты на таяние льда. Кроме того, стакан с водой и лед находятся в теплообмене с окружающей средой.
Поэтому со временем температура всех этих тел выровняется.
С течением времени в термодинамических системах вследствие теплообмена наступает состояние термодинамического равновесия, когда температуры всех тел, образовывающих систему, становятся одинаковыми и теплообмен между ними прекращается.
Значение температуры характеризует полностью определенное состояние теплового равновесия термодинамической системы, в котором она находится в данный момент. Опыт свидетельствует о том, что при естественных условиях все термодинамические системы со временем переходят в состояние термодинамического равновесия.
Тем не менее, это состояние может быть изменено в результате термодинамического процесса.
Разница температур указывает направление теплообмена: тела, температура которых выше, отдают тепловую энергию телам, температура которых ниже; теплообмен происходит до тех пор, пока их температуры не станут одинаковыми.
Если на поршень в цилиндре с газом положить груз (рис. 1.4), то его объем будет изменяться до тех пор, пока давление газа не уравняется с внешним давлением.
То есть термодинамическая система «цилиндр—газ» перейдет в другое состояние, которое будет характеризоваться новыми значениями макропараметров — давлением p2, объемом V2, температурой T2, плотностью ρ2.
Такой переход термодинамической системы из одного состояния в другое, когда параметры системы с течением времени изменяются, называется термодинамическим процессом.
Классическая термодинамика преимущественно рассматривает состояния термодинамического равновесия и процессы, которые происходят довольно медленно, и потому каждое новое их состояние можно считать равновесным. В состоянии термодинамического равновесия между макропараметрами системы существуют определенные функциональные зависимости, которые определяются уравнениями состояния термодинамической системы.
