Թերմոդինամիկական համակարգ

Կաղապար:Sidebar with collapsible lists

Թերմոդինամիկական համակարգ, իրական կամ մտային հետազոտության համար առանձնացված մակրոսկոպիկ ֆիզիկական համակարգ, որը կազմված է մեծ թվով մասնիկներից ու նկարագրության համար չի պահանջում առանձին մասիկների միկրոսկոպիկ բնութագրեր ներառելԿաղապար:Sfn։ Թերմոդինամիկական համակարգում մասնիկների թվի չափման միավորը սովորաբար Ավոգադրոյի թիվն էԿաղապար:Sfn (մոտավորապես $6 \cdot 1 0^{23}$ մասնիկ նյութի մեկ մոլում), որը պատկերացում է տալիս, թե ինչ կարգի մեծությունների մասին է խոսքը։ Թերմոդինամիկական համակարգ կազմող մասնիկների բնույթի վրա սահմանափակումներ չեն դրվում. կարող են լինել ատոմներ, մոլեկուլներ, էլեկտրոններ, իոններ, ֆոտոններ և այլնԿաղապար:Sfn Կաղապար:Sfn։ Անզեն աչքով կամ օպտիկական սարքերի (մանրադիտակներ, աստղադիտակ և այլն) միջոցով երևացող ցանկացած օբյեկտ կարելի է համարել թերմոդինամիկական համակարգ. «Թերմոդինամիկան ուսումնասիրում է մակրոսկոպիկ համակարգերը, որոնց տարածական չափերն ու գոյության ժամանակը բավարար են չափումների նորմալ պրոցեսներ անցկացնելու համար»Կաղապար:Sfn։ Պայմանականորեն մակրոսկոպիկ համակարգեր են համարվում $1 0^{- 7}$ մ-ից (100 նմ) մինչև $1 0^{12}$ մ չափերով մարմիններըԿաղապար:Sfn։ Ներքևի սահմանի պայմանականությունը կապված է նաև այն բանի հետ, որ թերմոդինամիկայի համար կարևոր են ոչ թե մարմնի չափսերը, այլ այն կազմող մասնիկների թիվը։ 100 նմ կողով իդեալական գազի մեկ խորանարդը նորմալ պայմաններում պարունակում է շուրջ 27 000 մասնիկ (տես Լոշմիդտի հաստատուն)։

Թերմոդինամիկական համակարգի ցանկացած մաս անվանում են ենթահամակարգ։

Թերմոդինամիկական համակարգը նկարագրելու համար կիրառում են մակրոսկոպիկ պարամետրեր, որոնք բնութագրում են ոչ թե համակարգը կազմող մասնիկների հատկությունները, այլ համակարգը որպես ամբողջություն. ջերմաստիճանը, ճնշումը, ծավալը, մագնիսական ինդուկցիան, էլեկտրական բևեռացման վեկտորը, զանգվածը և բաղադրիչների քիմիական բաղադրություը Կաղապար:Sfn Կաղապար:Sfn։

Յուրաքանչյուր թերմոդինամիկական համակարգ ունի իրական կամ պայմանական սահմաններ, որոնցով առանձնանում է շրջակա միջավայրից Կաղապար:Sfn։ Երբեմն շրջակա միջավայրի փոխարեն խոսում են թերմոստատի մասինԿաղապար:Sfn, այսինքն՝ այնքան մեծ ջերմունակությամբ միջավայրի. որ նրա ջերմաստիճանը ուսումնասիրվող համակարգի հետ ջերմափոխանակության ժամանակ չի փոխվումԿաղապար:Sfn Կաղապար:Sfn Կաղապար:Sfn։ Լռելյայն համարվում է, որ շրջակա միջավայրը բավականաչափ մեծ է, և այդ պատճառով նրա պարամետրերը կախված չեն դիտարկվող համակարգում ընթացող պրոցեսներից։ Բացի այդ, սովորաբար ենթադրվում է, որ շրջակա միջավայրը գտնվում է թերմոդինամիկական հավասարակիշռության վիճակում և նրա բնութագրերը կախված չեն ժամանակից ու տարածական կոորդինատներից։ Կարևոր է, որ թերմոդինամիկական համակարգում ներառվում են այն բոլոր մասինկները, որոնք ուսումնասիրման համար առանձնացվող տիրույթ ունեն տարածության մեջ։ Խնդիրն այն է, որ թերմոդինամիկայում երբեմն միևնույն տիրույթը դիտարկվում է միաժամանակ որպես տարբեր բնույթ ունեցող երկու և ավելի քվազիանկախ (իրար հետ թույլ փոխազդող) մասնիկների մասնակի ենթահամակարգերով զբաղեցվող տիրույթ (օրինակ՝ գազային խառնուրդը բնութագրվում է խառնուրդը կազմող գազերի մասնական ճնշումով)Կաղապար:Sfn, բյուրեղում առանձնացնում են ֆոնոնների և մագնոնների ենթահամակարգեր, պարամագնիսի միջուկային սպինների համակարգը բնութագրվում է սեփական մասնական սպինային ջերմաստիճանով^[1], որը կարող է բացասական արժեքներ ընդունել Կելվինի սանդղակով^[2]Կաղապար:Sfn Կաղապար:Sfn)։ Այս ձևական հնարքը թույլ է տալիս մասնիկների դիտարկվող ենթահամակարգի համար ներմուծել մասնական բնութագրեր, որոնք անպայման չէ, որ ուղղակիորեն առնչվեն ֆիզիկական համակարգին որպես ամբողջության (տես օրինակ բացասական բացարձակ ջերմաստիճան)։

Թերմոդինամիկական համակարգերն ուսումնասիրվում են թերմոդինամիկայում, վիճակագրականյում և հոծ միջավայրերի ֆիզիկայում։

Թերմոդինամիկական համակարգերի դասակարգումը

Ըստ շրջակա միջավայրի հետ փոխազդեցության բնույթի տարբերակում են հետևյալ համակարգերըԿաղապար:Sfn՝

մեկուսացված, որոնք արտաքին միջավայրի հետ չեն փոխանակում ո՛չ նյութ, ո՛չ էներգիա,
ադիաբատ մեկուսացված, որոնք արտաքին միջավայրի հետ նյութ չեն փոխանակում, սակայն թույլ են տալիս էներգիայի փոխանակություն աշխատանքի տեսքովԿաղապար:Sfn,
փակ, որոնք շրջակա միջավայրի հետ էներգիա փոխանակում են, բայց նյութ չեն փոխանակում,
բաց, որոնք շրջակա միջավայրի հետ փոխանակում են և՛ էներգիա, և՛ նյութ,
մասամբ բաց, որոնք շրջակա միջավայրի հետ փոխանակում են և՛ էներգիա, և՛ նյութ, բայց որոնց մեջ ոչ բոլոր բաղադրիչ նյութերն են մասնակցում նյութի փոխանակմանը (օրինակ՝ կիսաթափանցիկ միջնորմի առկայության պատճառով)Կաղապար:Sfn։

Ըստ համակարգի թերմոդինամիկական նկարագրությւան վիճակի պարամետրերի տարբերակում են՝ պարզ համակարգեր, պարզ բաց համակարգեր և բաց համակարգեր։

Պարզ համակարգ (պարզ մարմինԿաղապար:Sfn, թերմոդեֆորմացված համակարգԿաղապար:Sfn) կոչվում է այնպիսի հավասարակշիռ համակարգը, որի ֆիզիկական վիճակը լրիվ որոշվում է երկու անկախ փոփոխականների արժքներով՝ $(x, y)$ պարզ մարմնի վիճակի ֆունկցիայով, օրինակ՝ $(t, v)$ ջերմաստիճանի և տեսակակար ծավալի արժեքներով կամ $(P, v)$ ճնշման և տեսակարար ծավալի արժեքներով։ Պարզ մարմնի՝ զույգ առ զույգ իրարից անկախ վիճակի երեք բնութագրերով կախվածության $(x, y, z)$ արտահայտությունը կոչվում է այւդ մարմնի վիճակի հավասարում՝

φ (x, y, z) = 0

։

Բարդ համակարգեր են կոչվում այն բոլոր թերմոդինամիկական համակարգերը, որոնք չեն ընկնում պարզ համակարգերի սահմանման մեջ և պարզ բաց համակարգերը։ Բարդ համակարգեր են դիէլեկտրիկները, մագնիսները, գերհաղորդիչները, առաձգական պինդ մարմինները, համակարգի փուլերի բաժանման մակերևույթը, ձգողական դաշտում և անկշռության վիճակում գտնվող համակարգերը, էլեկտրաքիմիական համակարգերը, հավասարակշիռ ջերմային ճառագայթումը։ Որոշ հեղինակներ բարդ համակարգերի թվին են դասում նաև բաց պարզ համակարգերըԿաղապար:Sfn։ Առաձգական լարի և զսպանակի, փուլերի բաժանման մակերևույթի կամ ջերմային ճառագայթման տիպի թերմոդինամիկական համակարգերի նկարագրության համար պահանջվում է միայն մեկ անկախ վիճակի պարամետրԿաղապար:Sfn։

Եթե տրված պայմաններում (ճնշում, ջերմաստիճան) համակարգի կազմության մեջ մտնող նյութերը քիմիապես չեն փոխազդում իրար հետ, ապա համակարգն անվանում են ֆիզիկական։ Իսկ եթե համակարգի նյութերը ռեակցիայի մեջ են մտնում իրար հետ, համակարգն անվանում են քիմիական^[3]Կաղապար:Sfn Կաղապար:Sfn։

Թերմոդինամիկական համակարգի իրական մեկուսացումը շրջակա միջավայրից իրականացվում է պատերի միջոցով (բաժանման մակերևույթ, միջնորմ, թաղանթ)Կաղապար:Sfn, որոնք լինում են շարժական և անշարժ, նյութի համար թափանցիկ և անթափանց (գոյություն ունեն նաև կիսաթափանսիկ միջնորմներ)։ Դյուարի անոթը ադիաբատ պատյանի լավ օրինակ է։ Էներգիայի փոխանակմանը չխոչընդոտող միջնորմը կոչվում է դիաթերմիկ։

Թերմոդինամիկական համակարգն անվանում են հոմոգեն, եթե նրա հատկությունները կետից կետ անընդհատ փոխվում ենԿաղապար:Sfn։ Ցանկացած կետում միևնույն հատկություններով հոմոգեն համակարգը անվանում են համասեռԿաղապար:Sfn։ Հոմոգեն համակարգերի օրինակներ են լուծույթները (գազային, հեղուկ և պինդ)։ Ձգողության դաշտի գրադիենտի երկայնքով մեծ ձգվածությամբ գազային փուլը (օրինակ՝ երկրի մթնոլորտը անամպ և անքամի օրը) անհամասեռ հոմոգեն փուլի օրինակ է (տես բարոմետրական բանաձև)։

Թերմոդինամիկական համակարգն անվանում են հետերոգեն, եթե այն կազմված է տարբեր հատկություններով մի քանի հոմոգեն մասերից։ Հետերոգեն համակարգերի հոմոգեն մասերը բաժանող մակերևույթների վրա համակարգի հատկությունները թռիչքաձև փոխվում են Կաղապար:Sfn։ Հաճախ (բայց ոչ միշտ) այդ մակերևույթը տեսանելի է։

Հետերոգեն համակարգի հոմոգեն մասն անվանում են փուլԿաղապար:Sfn։ Պակաս խիստ, բայց ավելի պարզ կերպով փուլ են անվանում «համակարգի հոմոգեն մասերը, որոնք մյուս մասերից բաժանվում են տեսանելի բաժանման մակերևույթով»Կաղապար:Sfn։ Օրինակ՝ «սառույց-ջուր-խոնավ օդ» համակարգը։ Հոմոգեն համակարգն ունի միայն մեկ փուլ. Հետերոգեն համակարգը կազմված է երկու կամ ավելի փուլերիցԿաղապար:Sfn։ Հետերոգեն համակարգում փուլերի թիվը ենթարկվում է Գիբսի փուլերի կանոնին։ Միևնույն նյութը պինդ ագրեգատային վիճակում կարող է ունենալ մի քանի փուլեր (ռոմբիկ և մոնոկլինալ ծծումբը, ծծումբը, մոխրագույն և սպիտակ անագը և այլն)Կաղապար:Sfn։

Ծանոթագրություններ

Կաղապար:Ծանցանկ

Գրականություն

Կաղապար:ՀՍՀ

[spintemp_fe-1] Կաղապար:Cite web

[spintemp_bse-2] Կաղապար:Cite web

[bse_comp-3] Կաղապար:Cite web

[1]

[2]

[3]

Թերմոդինամիկական համակարգ

Թերմոդինամիկական համակարգերի դասակարգումը

Ծանոթագրություններ

Գրականություն

Նավարկման ցանկ

Որոնում