Макропараметры как характеристики объектов и их макросостояний в тепловом равновесии

Макропараметры – это характеристики объектов и их макросостояний в условиях теплового равновесия. Их разделяют на 2 класса:

Экстенсивные – которые можно отнести как к объекту в целом, так и к его малым частям, причем для подобных характеристик выполняется требование аддитивности: А=åA_i. Иначе говоря, это характеристики, в равной мере имеющие смысл как для микро-, так и для макрообъектов. К числу часто используемых макропараметров относится объем V и масса М макрообъекта, число N микрочастиц в нем, внутренняя энергия е и т.п.

Интенсивные – могут быть применены только к макрообъекту в целом, т.е. обладают свойством A=A₁=.=А_n. Это в свою очередь означает, что подобные величины – это специфические характеристики макросостояния, в котором находится макрообъект. Они отражают условие теплового равновесия объекта и термостата и поэтому не зависят от конкретных свойств макрообъекта, т.е. являются универсальными. Среди таких макропараметров важнейшим является температура.

Контакты равновесия между макрообъектом и термостатом:

1. Механический (силовой) контакт, связанный с тем, что над макрообъектом совершается работа с помощью макроскопических сил. Простейшим проявлением его может служить работа при расширении или сжатии газа. Условием равновесия при механическом контакте служит равенство давлений: P₁ = Р₂.

2. Тепловой (энергетический) контакт, связанный с тем, что происходит обмен энергией на граничной поверхности за счет беспорядочных ударов молекул.

3. Корпускулярный (диффузионный) контакт, когда макрообъект и термостат обмениваются отдельными микрочастицами. Условие равновесия при корпускулярном контакте имеет вид: m1 = m2, где величина m называется химическим потенциалом, который характеризует энергию, переносимую одной микрочастицей через границу между двумя макрообъектами при тепловом равновесии.

При любом макропроцессе должен выполняться фундаментальный закон сохранения энергии изолированной макросистемы. Если исключить поступательное и вращательное движения объекта как целого, выбрав подходящую систему отсчета, то энергия изолированной системы сводится только к его внутренней энергии: .

Величиной, сохраняющейся наряду с энергией в равновесных макропроцессах, является энтропия. Как уже отмечалось выше, она является мерой неупорядоченности макрообъекта. Через ее изменение DS теплота dQ записывается в виде dQ=TDS, так что теплота dQ имеет смысл изменения внутренней энергии Dе макрообъекта при фиксированной температуре за счет изменения энтропии DS, т.е. за счет изменения степени упорядоченности движения микрочастиц в макрообъекте.