Б-2.2. Термодинамической степенью свободы (вариантностью) системы называется число параметров, которые можно независимо менять, не меняя при этом числа и вида фаз данной системы. Например, состояние идеального газа определяется давлением, объемом и температурой, которые связаны уравнением Менделеева — Клапейрона. Два из этих параметров могут быть выбраны произвольно, третий при этом имеет вполне определенное значение. С=К-Ф+2. С=0 нонвариантная (инвариантные), С=1 моновариантная… Система в тройной точке безвариантна: С=1—3+2=0. Давление и температура должны быть вполне определенными, соответствующими положению тройной точки. В точках полиморфного превращения число фаз равно 2, получаем С=1-2+2=1. Цифра 2 в этой формуле отражает существование двух внешних факторов (температуры и давления), влияющих на состояние системы. Однако число внешних факторов может увеличиться, если добавятся, например, электрические или магнитные воздействия. Цифру 2 в формуле правила фаз тогда следует заменить на число внешних факторов, которые влияют на рассматриваемую систему. Наоборот, свойства конденсированных систем практически не зависят от давления. Тогда число внешних параметров уменьшается на единицу, а по правилу фаз определяется так называемая условная вариантность системы.
Б-2.1
Самопроизвольные – это такие процессы, которые не требуют затрат энергии из вне. Например, процессы перехода теплоты от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Растворение соли в воде , смешивание двух газов и др. протекают сами собой. Несамопроизвольные процессы требуют для своего протекания энергии. Например, при процессе разделения воздуха на кислород и азот. Равновесным называется процесс, проходящий через непрерывный ряд состояний равновесия. При этом под равновесным состоянием понимается такое состояние, которое принимает система после окончания всех самопроизвольных процессов и которое длительно сохраняется во времени и не обусловлено протеканием какого-либо внешнего процесса. Понятие равновесного процесса является абстракцией, ибо в действительности таких процессов не бывает. Обратимый термодинамический процесс — это процесс, который может быть проведен в обратном направлении без того, чтобы в системе и окружающей среде остались какие-либо изменения. Понятие обратимого процесса тоже является абстракцией. Реальные процессы тем более подходят под это определение, чем с большим основанием этот процесс можно назвать равновесным. В дальнейшем будем считать понятия равновесного и обратимого процессов совпадающими. Поэтому работа внешних сил в обратном процессе будет больше работы прямого процесса, а следовательно, неравновесный процесс необратим. Внутренняя энергия термодинамической системы равна сумме кинетической и потенциальной энергии всех частиц, составляющих данную систему. Внутренняя энергия системы зависит от природы вещества, его массы и от параметров состояния системы. С увеличением массы системы пропорционально ей возрастает и внутренняя энергия, так как она является экстенсивным свойство системы. Переходы энергии могут быть самыми разнообразными, но в зависимости от характера движения частиц, участвующих в передаче энергии, можно выделить две группы. В том случае, когда энергия передается путем хаотического движения частиц тела, будем говорить о передаче теплоты. Если же энергия передается путем согласованного, упорядоченного движения таких частиц, будем считать, что совершается работа. Мерой энергии, переданной путем беспорядочного движения частиц системы, является количество теплоты. Мерой энергии, переданной путем упорядоченного движения таких частиц, — работа.
