Равновесная термодинамика и ее законы

Термодинамика – раздел физики, изучающий общие свойства макроскопических систем, процессы перехода между различными состояниями этих систем. Термодинамика не рассматривает микроскопические процессы, лежащие в основе всех превращений.

Термодинамическая система– совокупность макроскопических тел, которые взаимодействуют и обменивается энергией как между собой, так и с внешними телами.

Состояние термодинамической системы характеризуется термодинамическими параметрами (температура, давление, удельный объем). Состояние системы называется равновесным, если все ее параметры имеют определенные значения, остающиеся при неизменных внешних условиях постоянными сколь угодно долго. Переход системы из одного состояния в другое называется процессом. Процесс, состоящий из бесконечной последовательности равновесных состояний, называется равновесным. Равновесный процесс может быть проведен в обратном направлении, при этом система будет проходить через те же состояния, но в обратной последовательности. Поэтому равновесные процессы называют также обратимыми.

Внутренней энергией термодинамической системы называется кинетическая энергия теплового движения всех ее молекул и потенциальная энергия их взаимодействия. Одним из основных законов классической статистической физики является закон Больцмана, согласно которому на каждую поступательную и вращательную степень свободы молекулы приходится одинаковая кинетическая энергия, равная ½ kT (k – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура). На каждую колебательную степень свободы приходится одинаковое количество энергии, равное kT. Таким образом, средняя кинетическая энергия молекул по классическим представлениям оказывается пропорциональной абсолютной температуре T. Движение молекул имеет классический характер только при относительно высоких температурах. В квантовой области пропорциональность между средней энергией молекулы и абсолютной температурой нарушается.

Соотношение между кинетической энергией теплового движения молекул и потенциальной энергией их взаимодействия определяет агрегатное состояние системы. В газах взаимодействие между молекулами мало, а интенсивность теплового хаотического движения велика. В твердых телах потенциальная энергия взаимодействия частиц много больше их кинетической энергии. В жидкостях потенциальная энергия взаимодействия молекул сравнима с их кинетической энергией.

В основе равновесной термодинамики лежат законы (начала), установленные в результате обобщения опытных фактов.