ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Калорическое и термическое уравнения состояния системыУравнение (П.4.1) является универсальным, и, в этой связи, применимым для всех типов макроскопических систем. Однако, даже для простейшего случая термодинамической системы (идеальный газ)
это уравнение является неразрешимым, поскольку содержит пять переменных . Следовательно, его практическое применение для конкретной термодинамической системы сопряжено с необходимостью дополнения к этому уравнению ряд дополнительных соотношений, характеризующих специфику рассматриваемой системы. Для изыскания этих соотношений следует обратить внимание на тот факт, что равновесные внутренние параметры системы являются функциями внешних параметров и температуры системы, что приводит к существованию термических и калорических уравнений состояния системы. Эти дополнительные уравнения должны связывать температуру T и внешние параметры ai с каким либо внутренним параметром bk термодинамической системы:
Если в качестве внутреннего параметра bk выступает непосредственно внутренняя энергия системы U (т.е.: bk = U), то получается калорическое уравнение состояния системы:
Своим названием калорическое уравнение состояния обязано тому обстоятельству, что с его помощью можно находить теплофизические характеристики материалов, например, теплоемкость веществ. Если же внутренним параметром bk является сопряженная внешнему параметру ai обобщенная сила Ai (т.е. bk = Ai), то получается термическое уравнение состояния системы:
Своим названием термическое уравнение состояния обязано тому обстоятельству, что с его помощью можно находить температуру системы. Общее число термических и калорических уравнений состояния системы равно числу ее степеней свободы, т.е. числу независимых параметров однозначно характеризующих состояние системы. Согласно постулатам равновесной термодинамики калорическое и каждое из термических уравнений состояния системы не являются независимыми (связаны дифференциальным уравнением в частных производных). Если калорическое и все термические уравнения состояния системы известны, то далее, с помощью теоретического аппарата термодинамики, можно определить все термодинамические свойства системы. Важно отметить, что вывести (теоретическим путем) упомянутые выше уравнения состояния системы с помощью методов термодинамики не представляется возможным. Эти уравнения устанавливаются либо опытным путем, либо – с помощью теоретического аппарата статистической физики. Методологические принципы практического использования калорического и термических уравнений состояния удобно проиллюстрировать на примере анализа простейшей термодинамической системы – «идеальный газ», для которой эти уравнения имеют соответственно вид (обратить внимание на то, что система имеет две степени свободы):
Если принять в качестве обобщенной силы (давление газа) и сопряженную этой силе обобщенную координату (объем газа), то уравнения состояния приобретают вид:
Для идеального газа термическим уравнением состояния является известное уравнение Клайперона-Менделеева (определено эмпирическим путем!):
Обратить внимание на то обстоятельство, что наличие выражения (П.4.8) уменьшает число степеней свободы термодинамической системы на единицу. Используя закон Джоуля о независимости внутренней энергии идеального газа от его объема при постоянной температуре (т.е. исключается из рассмотрения потенциальная энергия взаимодействия атомов газа между собой: ), для калорического уравнения имеем:
где - теплоемкость газа при постоянном объеме. Согласно опытным данным, теплоемкость не зависит от температуры газа (элемент идеализации в постановке задачи), поэтому, в результате интегрирования выражения (П.4.9), для калорического уравнения имеем:
где - постоянная интегрирования, зависящая только от типа рассматриваемого газа. Рассмотренный случай («идеальный газ») является самым простым в практике анализа термодинамических систем. Уже для случая «реальных газов» (не говоря уж о конденсированных средах) трудности нахождения уравнений состояния системы неизмеримо возрастают. Именно это обстоятельство является сдерживающим фактором на пути широкого использования (внедрения) теоретических подходов равновесной термодинамики в производственно-техническую практику, связанную с созданием устройств электронной техники. Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|