ЗАКРЫТЫЕ И ОТКРЫТЫЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ.

Всякий объект, состоящий из большого числа частиц, называется макроскопической системой.Размеры макроскопических систем значительно больше размеров атомов и молекул. Все макроскопические признаки, характеризующие такую систему макроскопическими параметрами.К их числу относятся плотность, объем, концентрация, поляризованность, намагниченность и т.д. Макроскопические параметры разделяются на внешние и внутренние. Величины, определяемые положением не входящих в нашу систему внешних тел, называются внешними параметрами,например напряженность силового поля, объем системы и т.д. Следовательно внешние параметры являются функциями координат внешних тел. Величины, определяемые совокупным движением и распределением в пространстве входящих в систему частиц, называются внутренними параметрами, например энергия, давление, плотность, намагниченность, поляризованность и т.д. (так как их значения зависят от движения и положения частиц системы и входящих в них зарядов). Совокупность независимых макроскопических параметров определяет состояние системы, т.е. форму ее бытия. Величины не зависящие от предыстории системы и полностью определяемые ее состоянием в данный момент (т.е. совокупностью независимых параметров), называются функциями состояния. Состояние называется стационарным,если параметры системы с течением времени не изменяются. Если, кроме того, в системе не только все параметры постоянны во времени, но и нет никаких стационарных потоков за счет действия каких-либо внешних источников, то такое состояние системы называется равновесным(состояние термодинамического равновесия). Термодинамическими системами обычно называют не всякие, а только те макроскопические системы, которые находятся в термодинамическом равновесии. Аналогично, термодинамическими параметрами называются те параметры, которые характеризуют систему в термодинамическом равновесии. Внутренние параметры системы разделяются на интенсивные и экстенсивные. Параметры, не зависящие от массы и числа частиц в системе, называются интенсивными(давление, температура и др.). Параметры пропорциональные массе или числу частиц в системе, называются аддитивнымиилиэкстенсивными(энергия , энтропия и др.). Экстенсивные параметры характеризуют систему как целое, в то время как интенсивные могут принимать определенные значения в каждой точке системы. По способу передачи энергии, вещества и информации между рассматриваемой системы и окружающей средой термодинамические системы классифицируются:

1. Замкнутая (изолированная) система- это система в которой нет обмена с внешними телами ни энергией, ни веществом (в том числе и излучением), ни информацией .

2. Закрытая система – система, в которой есть обмен только с энергией.

3. Адиабатно изолированная система -это система в которой есть обмен энергией только в форме теплоты.

4. Открытая система - это система, которая обменивается и энергией, и веществом, и информацией.

Первое начало термодинамики устанавливает что внутренняя энергия системы является однозначная функция ее состояния и изменяется только под влиянием внешних воздействий.

В термодинамике рассматриваются два типа внешних взаимодействий: воздействие, связанное с изменением внешних параметров системы (система совершает работу W), и воздействие не связанные с изменением внешних параметров и обусловленные изменением внутренних параметров или температуры (системе сообщается некоторое количество теплоты Q). Поэтому, согласно первому началу, изменение внутренней энергии U₂-U₁ системы при ее переходе под влиянием этих воздействий из первого состояния во второе равно алгебраической сумме Q и W, что для конечного процесса запишется в виде уравнения U₂ – U₁ = Q – W (14.5.)

или Q = U₂ – U₁ + Q. (14.6.)

Первое начало формируется как постулат и является обобщением большого количества опытных данных. Для элементарного процесса уравнение первого начала такого: δQ = δU + δW. (14.7.)

.δQи δWне являются полным дифференциалом, так как зависят от пути следования. Зависимость Qи Wот пути видна на простейшем примере расширение газа. Из первого начала термодинамики следует, что работа может совершаться или за счет изменения внутренней энергии, или за счет сообщения системе количества теплоты. В случае если процесс круговой , начальное и конечное состояние совпадают U₂- U₁ = 0 и W = Q, то есть работа при круговом процессе может совершаться только за счет получения системой теплоты от внешних тел.Первое начало можно сформулировать в нескольких видах :

1. Невозможно возникновение и уничтожение энергии

2. Любая форма движения способна и должна превращаться в любую другую форму движения

3. Внутренняя энергия является однозначной формой состояния

4. Вечный двигатель первого рода невозможен

5. Бесконечно малое изменение внутренней энергии является полным дифференциалом.

6. Сумма количества теплоты и работы не зависит от пути процесса.

Первый закон термодинамики, постулируя закон сохранения

энергии для термодинамической системы, не указывает направление происходящих в природе процессов. Направление термодинамических процессов устанавливает второе начало термодинамики.