Термодинамические системы
Термодинамическими системами называют физические системы, находящиеся в особом, так называемом равновесном, состоянии. Оно характеризуется тем, что при отсутствии внешних воздействий система самопроизвольно приходит в это состояние и находится в нем неопределенно долго.
Для описания такой системы достаточно небольшого числа макропараметров (давление, температура, объем, концентрация и т. п.).
Разделим всю вселенную на две части. Одну из них, которую мы изучаем, назовем системой, а оставшуюся часть — средой. Поверхность, отделяющую систему от среды, назовем стенкой.
Обычно рассматривают три типа стенок.
1. Воображаемая стенка, через которую могут проходить потоки как энергии, так и частиц, при этом система находится в тепловом и материальном контакте со средой. Такие системы называются открытыми.
2. Адиабатическая стенка, сквозь которую не допускается проход потоков энергии и материальных частиц. Система называется закрытой, что, однако, не означает ее полную изолированность от среды. Адиабатическая стенка или ее часть может быть подвижной. (Типичный пример такой стенки — поршень, запирающий газ в сосуде.)
3. Теплопроводящая стенка, являющаяся промежуточным случаем между первыми двумя. Система закрытая, но стенка исключает только перенос материальных частиц — механический и тепловой контакты возможны.
Черный ящик содержит в себе закрытую систему, а его стенки, скорее всего, теплопроводящие. Если стенки ящика плохо пропускают теплоту, то их лучше описывать как адиабатические.
Если с ящика снять крышку и допустить, что его содержимое перемешивается со средой, то система будет открытой.
Исходя из общей идеологии термодинамики — не заниматься деталями внутреннего строения системы, перейдем к ее описанию. Система всегда обладает некоторыми физическими свойствами, т. е. находится в некотором физическом состоянии.
А состояние в термодинамике задается с помощью макроскопических величин — так называемых параметров состояния. В этом качестве могут выступать объем, давление, температура, концентрация химических компонентов, а также специфические термодинамические характеристики, не имеющие простых механических аналогий.
Термодинамической называется система, предоставленная самой себе при фиксированных внешних условиях, стремящаяся с течением времени перейти в особое состояние — состояние термодинамического равновесия.
