Безруков Л.В. ФИЗИКА -- 1

201

ПАСКАЛЯ ЗАКОН. Основной закон гидростатики: давление, производимое внешними силами на поверхность жидкости или газа, передается одинаково по всем направлениям.

ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ, первый закон термодинамики. Один из основных законов термодинамики, являющийся законом сохранения энергии для термодинамической системы: количество теплоты Q, сообщенное системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы ΔU и совершение системой работы Асист против внешних сил:

Q = ΔU + Асист.

Другая формулировка: изменение внутренней энергии системы ΔU равно сумме переданного системе количества теплоты Q и работы внешних сил над системой Авнеш:

ΔU = Q + Авнеш.

При этом Авнеш = –Асист. На использовании П.н.т. основана работа тепловых машин.

ПЛАВЛЕНИЕ. Процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое. Происходит с поглощением некоторого определенного количества теплоты. Для кристаллических тел – при температуре плавления, зависящей от природы вещества и давления.

ПЛОТНОСТЬ. Скалярная величина, равная отношению массы тела к его объему:

mV

Одна из основных величин, применяемых для описания и сравнения веществ. В СИ измеряется в кг/м3.

ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНЕРГИЯ. 1) Избыток потенциальной энергии вещества, определяемой всеми взаимодействиями частиц, у поверхности какого либо тела по сравнению с энергией в объеме. 2) Энергия, сосредоточенная в тонком слое вещества у поверхности соприкосновения тел (фаз) по сравнению с энергией вещества внутри тела. Полная П.э. складывается из механической работы образования поверхности, т. е. работы, необходимой для преодоления сил межмолекулярного (или межатомного) взаимодействия при перемещении молекул (атомов) из объѐма фазы в поверхностный слой, и теплового эффекта, связанного с этим процессом. В соответствии с термодинамическими зависимостями удельная полная П.э. u s q s T T ,где s – удельная свободная

П.э., тождественно равная для подвижных жидкостей поверхностному натяжению , q – скрытая теплота (связанная энергия) единицы площади поверхности, Т – абсолютная

температура и T – удельная поверхностная энтропия, имеющая обычно

отрицательную величину. Свободная П.э. с ростом температуры уменьшается, тогда как полная П.э. неполярных (неассоциированных) жидкостей остаѐтся постоянной, а полярных

– несколько возрастает. Так, для воды при 0, 20 и 100 °С значения u соответственно равны 117, 120 и 129 мДж/м2. С приближением к критической температуре различие в составе и свойствах контактирующих фаз сглаживается, поверхность раздела фаз исчезает и П.э. обращается в нуль. П.э. влияет на многие физико-химические свойства твѐрдых тел и жидкостей. Состояние поверхности и поверхностные силы играют существ. роль в тех случаях, когда поверхность сильно развита напр., в высокодисперсных коллоидных системах, при получении в-ва в виде тонких пленок, когда сфера действия приповерхностных сил соизмерима с толщиной пленок, в капиллярных явлениях.

. Термодинамическая характеристика поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз, определяемая работой обратимого образования единицы площади этой поверхности раздела при условии, что температура, объем системы и химические потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными. П.н. имеет двойной физический смысл – энергетический (термодинамический) и силовой (механический). Энергетическое (термодинамическое) определение: П.н. – это удельная работа увеличения поверхности при еѐ растяжении при

202

условии постоянства температуры. Силовое (механическое) определение: П.н. – это сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости.

Сила П.н. направлена по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который она действует и пропорциональна длине этого участка. Коэффициент пропорциональности – сила, приходящаяся на единицу длины контура – называется

коэффициентом поверхностного натяжения. Он измеряется в ньютонах на метр. Но более правильно дать определение П.н., как энергии (Дж) на разрыв единицы поверхности (м²).

Благодаря П.н. жидкость при отсутствии внешних силовых воздействий принимает форму шара, отвечающую минимальной величине поверхности и, следовательно, наименьшему значению свободной поверхностной энергии. П.н. не зависит от величины и формы поверхности, если объѐмы фаз достаточно велики по сравнению с размерами молекул. П.н. при повышении температуры, а также под действием поверхностно-активных веществ уменьшается. Расплавы металлов имеют наибольшее среди жидкостей П.н., например у платины при 2000 °С равно 1820 мН/м, у ртути при 20 °С – 484 мН/м. П.н. расплавленных солей значительно меньше – от нескольких десятков до 200-300. П.н. воды при 20 °С – 72,8 мН/м, а большинства органических растворителей - в пределах 20-60 мН/м. Самое низкое при комнатной температуре П.н. – ниже 10 мН/м – имеют некоторые фторуглеродные жидкости.

ПОКАЗАТЕЛЬ АДИАБАТЫ (коэффициент Пуассона) γ. Безразмерная величина, равная отношению молярной теплоемкости γ CP идеального газа при постоянном давлении к молярной теплоемкости CV этого газа при постоянном объеме:

СР СV .

Показатель адиабаты γ входит в качестве показателя степени, в которую возводится объем газа в уравнении газового состояния (уравнении Пуансона), для адиабатного газового процесса:

PV const .

Показатель адиабаты как безразмерная величина выражается в безразмерных единицах.

ПОЛИМОРФНЫЙ ПЕРЕХОД (полиморфное превращение). Фазовый переход вещества из одной кристаллической или жидкокристаллической модификации в другую.

ПОЛИТРОПНЫЙ ПРОЦЕСС. Термодинамический процесс, удовлетворяющий соотношению

PV n const ,

где n – показатель политропы (величина постоянная).

ПРИНЦИП ДЕТАЛЬНОГО РАВНОВЕСИЯ. 1) В статистической физике: в равновесной системе прямые и обратные процессы по каждому пути компенсируют друг друга, т. е. протекают с одинаковой скоростью. 2) В квантовой физике: вероятности прямого и обратного квантовых переходов равны.

ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА, явления переноса, кинетические процессы. Необратимые процессы пространственного переноса массы, импульса, энергии, электрического заряда или др. Причины этих процессов – пространственные неоднородности состава, скорости движения частиц системы, температуры, действие внешнего электрического поля. Перенос происходит в направлении, обратном градиенту концентрации, температуры, потенциала или др.П.п. приближают систему к равновесию.

К П.п. относятся: диффузия – перенос вещества (компонента смеси) при наличии в системе градиента его концентрации; теплопроводность – перенос теплоты вследствие градиента температуры; вязкое течение (вязкость) – перенос импульса, связанный с градиентом средней массовой скорости; электропроводность – перенос электрического заряда под действием внешнего электрического поля. Перенос вещества вследствие

203

градиента температуры – термодиффузию и обратный ей эффект, гальваномагнитные явления и термомагнитные явления называются перекрѐстными процессами, так как здесь градиент одной величины вызывает перенос др. физической величины. П.п. в покоящейся среде осуществляются только в результате хаотич. движения молекул (молекулярный перенос). В текущих средах к этому механизму переноса добавляется конвективный перенос, а при высоких числах Рейнольдса еще и турбулентный перенос, связанный с хаотич. перемещением вихрей. Общую феноменологич. теорию П.п., применимую к газообразной, жидкой или твердой системе, дает термодинамика необратимых процессов.

РАБОТА РАСШИРЕНИЯ. Работа, совершаемая термодинамической системой над средой в процессе упругого расширения. Значение элементарной Р.р. определяется универсальным

выражением δA = PdV, где P – давление в системе; dV – приращение объѐма системы. Понятие Р.р. является обобщением понятия работы силы в механике. Р.р. обладает всеми признаками функции процесса. Это означает, что при переходе системы из начального состояния 1 в конечное состояние 2 значение совершаемой Р. р. всецело зависит от

особенностей процесса. В изохорном процессе Р.р. всегда равняется нулю. Во всех других процессах она определяется конкретным уравнением соответствующего процесса, которое при прочих равных условиях зависит от индивидуальных свойств рабочего тела (системы).

РАБОЧЕЕ ТЕЛО. В термодинамике – вещество термодинамической системы, которая циклически преобразует теплоту в работу в тепловых двигателях или работу в теплоту в холодильных машинах и тепловых насосах. В процессе работы тепловой машины Р.т. забирает у нагревателя внутреннюю энергию в форме теплоты Q1 и превращает часть еѐ в механическую энергию А, а оставшуюся часть теплоты Q2 передаѐт холодильнику.

РАВНОВЕСНАЯ СИСТЕМА. Система, находящаяся в состоянии термодинамического равновесия.

РАВНОВЕСНАЯ ТЕРМОДИНАМИКА. Термодинамика равновесных состояний и квазистатических процессов. Противоп. неравновесная термодинамика. См.

термодинамика.

РАВНОВЕСНОЕ СОСТОЯНИЕ. Состояние системы, которое при постоянных внешних условиях, характеризуется неизменностью во времени параметров состояния и отсутствием потоков вещества и энергии. См. термодинамическое равновесие.

РАВНОВЕСНЫЙ ПРОЦЕСС. Термодинамический процесс, представляющий собой непрерывную последовательность равновесных состояний. Все Р.п. являются обратимыми процессами, и, наоборот, все обратимые процессы являются Р.п.

САМООРГАНИЗАЦИЯ. Процесс, в ходе которого создаѐтся, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы за счѐт внутренних факторов, без внешнего специфического воздействия. В зависимости от подхода к описанию С. в определение включают характеристики системы, тип внутреннего фактора, особенности процесса.

Процессы С. могут иметь место только в системах, обладающих высоким уровнем сложности и большим количеством элементов, связи между которыми имеют не жѐсткий, а вероятностный характер. Свойства С. обнаруживают объекты самой различной природы: живая клетка, организм, биологическая популяция, биогеоценоз, человеческий коллектив и т. д. Процессы С. происходят за счѐт перестройки существующих и образования новых связей между элементами системы. Отличительная особенность процессов С. – их целенаправленный, но вместе с тем и естественный, спонтанный характер: эти процессы, протекающие при взаимодействии системы с окружающей средой, в той или иной мере автономны, относительно независимы от неѐ.

204

Специальное исследование проблем С. впервые было начато в кибернетике. Термин «самоорганизующаяся система» ввѐл английский кибернетик У.Р. Эшби (1947).

СВОБОДНАЯ ЭНЕРГИЯ, энергия Гельмгольца F. Функция состояния термодинамической системы, равная разности между внутренней энергией U и произведением термодинамической температуры T на энтропию S:

F U TS.

С.э. F является характеристической функцией, если объем и термодинамическая температура являются независимыми переменными.

СВОБОДНАЯ ЭНТАЛЬПИЯ, энергия Гиббса G. Функция состояния термодинамической системы, равная разности между энтальпией H и произведением термодинамической температуры T на энтропию S:

G H TS.

С.э. G является характеристической функцией, если давление и термодинамическая температура являются независимыми параметрами. Из определения энергии Гиббса

следует, что эта величина имеет размерность L2 MT 2 и выражается в джоулях.

СИНЕРГЕТИКА. Междисциплинарное направление научных исследований, задачей которого является изучение природных явлений и процессов на основе принципов самоорганизации систем (состоящих из подсистем). Наука, занимающаяся изучением процессов самоорганизации и возникновения, поддержания, устойчивости и распада структур самой различной природы.

Основное понятие С. – определение структуры как состояния, возникающего в результате многовариантного и неоднозначного поведения таких многоэлементных структур или многофакторных сред, которые не деградируют к стандартному для замкнутых систем усреднению термодинамического типа, а развиваются вследствие открытости, притока энергии извне, нелинейности внутренних процессов, появления особых режимов с обострением и наличия более одного устойчивого состояния. В обозначенных системах неприменимы ни второе начало термодинамики, ни теорема Пригожина о минимуме скорости производства энтропии, что может привести к образованию новых структур и систем, в том числе и более сложных, чем исходные. Этот феномен трактуется С. как всеобщий механизм повсеместно наблюдаемого в природе направления эволюции: от элементарного и примитивного – к сложносоставному и более совершенному. В отдельных случаях образование новых структур имеет регулярный, волновой характер и тогда они называются автоволновыми процессами (по аналогии с автоколебаниями).

С. иногда представляют как «универсальную теорию эволюции», дающую единую основу для описания механизмов возникновения любых новаций подобно тому, как некогда кибернетика определялась, как «универсальная теория управления», одинаково пригодная для описания любых операций регулирования и оптимизации: в природе, в технике, в обществе и т. д. Однако время показало, что всеобщий кибернетический подход оправдал далеко не все возлагавшиеся на него надежды. Аналогично и расширительное толкование применимости методов С. также подвергается критике.

СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНСАМБЛЬ. Совокупность сколь угодно большого числа одинаковых физических систем многих частиц («копий» данной системы), находящихся в одинаковых макроскопических состояниях; при этом микроскопические состояния системы могут принимать все возможные значения, совместимые с заданными значениями макроскопических параметров, определяющих еѐ макроскопическое состояние. Примеры С.а.: энергетически изолированные системы при заданном значении полной энергии (микроканонический ансамбль); системы в контакте с термостатом заданной температуры (канонический ансамбль); системы в контакте с термостатом и резервуаром частиц (большой канонический ансамбль). С.а. – основное понятие статистической физики, позволяющее применить методы теории вероятностей.

205

СТАТИСТИЧЕСКИЙ ВЕС, термодинамическая вероятность. Число способов, которыми может быть реализовано данное макроскопич. состояние системы. Термодинамически равновесное макроскопич. состояние системы характеризуется определ. значениями полной энергии W, полного числа частиц N и объѐма системы. Микроскопич. состояние системы соответствует заданному распределению еѐ частиц по возможным классическим или квантовым состояниям. С.в. Ω равен числу микроскопич. состояний, реализующих данное макроскопич. состояние, поэтому Ω 1. С.в. связан с энтропией S системы соотношением Больцмана S k ln . При фиксированных значениях W и N С.в. имеет макс. величину для равновесного состояния. При расчѐте С.в. существенно, считаются ли одинаковые частицы различимы или нет, поэтому в квантовой и классич. теориях получаются разл. значения С.в. Из условия максимума С.в. впервые были получены квантовые распределения Ферми - Дирака и Бозе - Эйнштейна.

СТАТИСТИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ, стохастические законы, вероятностно-статистические законы. Законы случайных массовых событий, предсказания которых имеют вероятностный характер, а для анализа результатов наблюдения таких событий используются статистические методы исследования.

Такие законы характеризуют поведение не отдельного элемента в этой системе, а поведение системы в целом. Знание статистической закономерности не позволяет однозначно предсказывать поведение отдельных индивидуальных объектов, входящих в систему. В отношении отдельных элементов такие предсказания имеют только вероятностный характер. Например, максвелловский закон распределения молекул по скоростям ничего не говорит определенного о скорости каждой отдельно взятой молекулы в определенное время; он лишь устанавливает долю молекул, которые обладают совершенно определенной скоростью, среди других имеющихся в данном объеме молекул. Единственное, что можно сказать о скорости некоторой определенной молекулы, это – указать на вероятность того, что она обладает такой скоростью.

СТАТИСТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ. Две основные формы закономерной связи явлений, отличающиеся прежде всего по характеру предсказаний, которые следуют из них. Предсказания статистических законов (С.з.) имеют вероятностный характер, который обусловлен действием множества случайных факторов внутри статистических коллективов, или массовых, повторяющихся событий (напр., большого числа молекул в газе, распадов ядер радиоактивных и т. п.). Вероятностный характер предсказаний С.з. объясняется взаимодействием большого количества объектов, составляющих статистический ансамбль. Следовательно, С.з. служат для исследования таких систем, в которых взаимодействует большое число объектов, событий и явлений, поведение которых имеет случайный характер. Поэтому регулярность и повторяемость, проявляющиеся в статистических законах, возникают вследствие взаимной компенсации действия различных случайных факторов.

В динамических законах, характеризующих поведение относительно изолированных систем, состоящих из небольшого числа элементов, предсказания являются однозначными и достоверными. Так, в классической механике, если известен закон движения системы и заданы начальные координаты и скорость, можно точно определить ее координаты и скорость в любой др. момент времени. Динамические, или строго детерминистические, законы дают точные предсказания в тех областях, где можно абстрагироваться от сложного характера взаимодействия между объектами, отвлекаться от случайностей и тем самым значительно упрощать действительность. Но такое упрощение возможно лишь при изучении простейших форм движения материи. Если же переходят к изучению сложных систем, состоящих из большого числа элементов, то обращаются к статистическим законам, дающим вероятностные предсказания. Поэтому статистические и динамические законы не исключают, а дополняют друг друга.

206

СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА, статистическая механика. Раздел физики, в котором изучаются свойства и поведение макроскопических физических систем (тел), состоящих из очень большого числа атомов, молекул, заряженных частиц (ионов, электронов) или квантов излучения (фотонов), с учѐтом потенциального взаимодействия микрочастиц между собой внутри вещества.

Принципиальная особенность свойств и поведения физических тел, состоящих из колоссального числа частиц, заключается в том, что их поведение определяется закономерностями особого типа – статистических закономерностей, основанных на методах теории вероятности или математической статистики. Статистические методы позволяют вычислять средние значения величин, характеризующих свойства макроскопических тел (такие, например, как плотность, давление, температура и т.п.). Проявление статистических закономерностей заключается в том, что поведение этих средних величин никак не зависит от конкретных начальных условий, характеризующих движение отдельных частиц, входящих в состав данного тела (т.е. от точных значений начальных координат и скоростей частиц). Другими словами, макроскопическое состояние системы как бы «забывает» о прошлом, тогда как при чисто механическом описании движения микроскопических частиц будущее системы однозначно определяется прошлым.

Основная задача статистической механики состоит в том чтобы, зная законы, управляющие движением отдельных микроскопических частиц, установить закономерности поведения макроскопических масс вещества, которые и называются статистическими. Это позволяет во многих случаях произвести теоретическое вычисление ряда параметров, описывающих поведение макроскопических тел, и уже затем сравнивать их с результатами эксперимента.

Основу С.ф. составляют статистические (вероятностные) функции распределения микрочастиц по различным состояниям, в частности, по энергиям, импульсам и скоростям. С этой целью в С.ф. вводятся понятия о 6-мерном или 6N-мерном фазовом пространстве и фазовой ячейке координат и импульсов. В зависимости от свойств микрочастиц различают классическую и квантовую С.ф. Методы С.ф. существенно дополняют и раскрывают физическое содержание фундаментальных законов термодинамики.

СТАЦИОНАРНОЕ СОСТОЯНИЕ. Состояние термодинамической системы, при котором значения параметров во всех частях ее остаются неизменными во времени благодаря внешнему воздействию потоков вещества, энергии, импульса, заряда и т. п.

ТВЕРДОЕ ТЕЛО. Одно из четырѐх агрегатных состояний вещества, отличающееся от др. агрегатных состояний (жидкостей, газов, плазмы) стабильностью формы и характером теплового движения атомов совершающих малые колебания около положений равновесия. Наряду с кристаллическим состоянием Т.т. (см. кристаллы) существует аморфное состояние. Кристаллы характеризуются дальним порядком в расположении атомов. В аморфных телах дальний порядок отсутствует (см. дальний порядок и ближний порядок).

Согласно законам классической физики, применимым к большинству Т.т., наинизшему энергетическому состоянию системы атомных частиц (атомов, ионов, молекул) соответствует периодическое расположение одинаковых групп частиц, то есть кристаллическая структура. Поэтому с термодинамической точки зрения аморфное состояние не является равновесным и с течением времени должно закристаллизоваться. Однако в обычных условиях это время может быть столь велико, что неравновесность не проявляется, и аморфное тело практически устойчиво.

ТЕМПЕРАТУРА T. Интенсивная физ. вел., характеризующая состояние термодинамической системы и определяющая направление теплообмена между частями таких систем. Т. системы определена только в состоянии термодинамического равновесия. Основой практического измерения Т. является использование зависимости какого-либо свойства эталонного (термометрического) тела от температуры. Общеизвестно использование в термометрах теплового расширения тел. Более универсальным является измерение Т. по

207

термодинамической шкале; такую Т. называют термодинамической. В СИ термодинамическая температура Θ принята за основную единицу. Единицей температуры является кельвин (К), равный 1/273,16 термодинамической температуры тройной точки воды. Численно кельвин равен одному градусу температуры по шкале Цельсия.

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ГРАДИЕНТ (grad T). Вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону увеличения температуры и численно равный частной производной от температуры по этому направлению х:

gradT dTdx i

где i – единичный вектор оси Ох. Размерность и единица температурного градиента: dim grad T L 1 , gradT 1 Êì .

ТЕПЛОЁМКОСТЬ тела (системы). Важнейшая тепловая характеристика вещества (тела), участвующего в термодинамическом процессе. Т. на элементарном участке термодинамического процесса называют скалярную физ. вел. С, равную отношению элементарного количества поглощенной или отданной телом теплоты δQ к изменению температуры dT на этом участке термодинамического процесса:

при параметре X = const.

Если Т. относится к единице массы или к единице количества (молю) вещества, то еѐ соответственно называют удельной или мольной теплоемкостью. Единицей Т. в СИ является джоуль на кельвин (Дж/К), единицей удельной теплоѐмкости в СИ – Дж/(кг·К), а единицей молярной теплоѐмкости – Дж/(моль·К)

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ. 1) Явление переноса внутренней энергии в форме теплоты от более нагретых частей системы (тела) к менее нагретым частям, что обеспечивает выравнивание температуры в системе. При Т. перенос энергии происходит в процессе передачи энергии от частиц, обладающих большей энергией к частицам с меньшей энергией непосредственно при столкновениях. 2) Коэффициент пропорциональности в законе теплопроводности. Согласно этому закону, удельный тепловой поток JQ в произвольной точке пропорционален градиенту температуры в этой точке:

JQ grad T ,

где χ – коэффициент теплопроводности среды; знак минус означает, что поток теплоты противоположен градиенту температуры, т.е. направлен в сторону убывания температуры.

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА. Теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их твердую стенку или через поверхность раздела между ними.

ТЕПЛОВОЕ ДВИЖЕНИЕ. Хаотическое движение молекул, атомов и ионов в газах, твердых телах и жидкостях. Скорости Т.д. вещества возрастают с повышением температуры. Характер Т.д. зависит от агрегатного состояния вещества и определяется силами межмолекулярного взаимодействия.

ТЕПЛОВОЕ РАВНОВЕСИЕ, термическое равновесие. Состояние системы, в котором температура по всему объему системы одинакова, равна температуре окружающей среды и постоянна во времени. Т.р. соответствует состоянию с максимальной степенью хаотичности движения частиц системы.

ТЕПЛОВОЙ ПОТОК JQ. Скалярная физ. вел., равная отношению количества теплоты δQ, прошедшего через некоторую поверхность, к интервалу времени dt, за который прошло это количество теплоты:

JQ Qdt .

Единицей теплового потока является ватт: Ô Q t 1Äæñ 1 Âò.

209

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ. Физ. вел., характеризующие макросостояние термодинамической системы.

Экстенсивные термодинамические параметры. Термодинамические параметры,

пропорциональные количеству вещества или массе данной термодинамической системы. Экстенсивными параметрами являются, например, объѐм V, энтропия S, внутренняя энергия U и др.

Интенсивные термодинамические параметры. Термодинамические параметры, не зависящие от количества вещества или от массы термодинамической системы. Интенсивными термодинамическими параметрами являются, например, термодинамическая температура T, давление P, концентрация n, молярные и удельные термодинамические величины.

Экстенсивные Т.п. иногда называют термодинамическими координатами, а интенсивные – термодинамическими потенциалами.

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС. Изменение состояния термодинамической системы, характеризующееся изменением ее параметров.

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ, состояние термодинамического равновесия, равновесное состояние. Состояние термодинамической системы, в котором все параметры системы (температура, давление, концентрация, химический потенциал, электрический потенциал и др.) не изменяются во времени и одинаковы во всех точках системы. При Т.р. в системе прекращаются все необратимые процессы, связанные с диссипацией энергии (диффузия, теплопроводность, вязкость), химические реакции и т.д. В условиях изоляции от окружающей среды любая термодинамическая система переходит в состояние Т.р. Если в системе неизменен и одинаков во всех точках хотя бы один из параметров, то наблюдаются частные случаи Т.р. Напр., если система термоизолирована от среды, то в ней устанавливается тепловое равновесие, с равномерным температурным полем по всему объѐму системы.

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА. Тело (совокупность тел), способное (способных) обмениваться с другими телами (между собой) энергией и (или) веществом.

Открытая термодинамическая система – термодинамическая система, которая может обмениваться веществом с другими системами.

Закрытая термодинамическая система – термодинамическая система, которая не может обмениваться веществом с другими системами.

Изолированная термодинамическая система – термодинамическая система, которая не может обмениваться энергией и веществом с другими системами.

Адиабатная термодинамическая система – термодинамическая система, которая не может обмениваться теплотой с другими системами.

Гетерогенная термодинамическая система – термодинамическая система, состоящая из отдельных частей, разграниченных поверхностями раздела.

Гомогенная термодинамическая система – термодинамическая система, между любыми частями которой нет поверхностей раздела.

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕМПЕРАТУРА. Температура, отсчитываемая по термодинамической шкале температур от абсолютного нуля.

Согласно одному из основных выводов классической статистики Максвелла-Больцмана, термодинамическая температура любого малого макрообъѐма вещества однозначно связана со средней энергией, которая приходится на одну степень свободы любой из входящих в этот макрообъѐм микрочастиц. С учѐтом исторически установившегося выбора единиц измерения температуры (кельвин, градус Цельсия) и энергии (джоуль) термодинамическая температура T произвольного элементарного макрообъѐма связана со средней энергией поступательного

движения любой микрочастицы wпоств этом макрообъѐме соотношением wпост= 3kT/2, где k

– постоянная Больцмана, играющая роль масштабного коэффициента между джоулем и Кельвином, k = 1,38·10–23 Дж/К. Термодинамическая температура – одна из семи основных

210

величин Международной системы единиц. Поэтому размерность и единица термодинамической температуры, как и всех остальных основных величин, выбраны произвольно: dim T , T 1 K (кельвин).

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ. 1) Обобщенное название интенсивных термодинамических параметров (давление P, температура T, химический μ и электрический θ потенциалы и др.). 2) Характеристическая функция, убыль которой в равновесном процессе, протекающем при постоянстве значений соответствующих независимых параметров, равна полезной внешней работе. Наиболее часто используются в термодинамике следующие термодинамические потенциалы: внутренняя энергия U, энтальпия H, свободная

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ ЦИКЛ. Непрерывная последовательность термодинамических процессов, в результате которых рабочее тело возвращается в исходное состояние. Различают прямой и обратный термодинамические циклы.

Прямой термодинамический цикл. Термодинамический цикл, в котором к рабочему телу подводится большее количество теплоты при большей температуре и отводится меньшее количество теплоты при более низкой температуре, разность же этих теплот равна совершенной работе.

Обратный термодинамический цикл. Термодинамический цикл, в котором к рабочему телу подводится меньшее количество теплоты и при меньшей температуре, а отводится большее количество теплоты и при более высокой температуре, разность же этих теплот равна затраченной работе.

УДЕЛЬНЫЙ ОБЪЁМ. Физ. вел. vm, равная отношению объема V к массе m вещества, занимающего этот объѐм, иначе говоря, объѐм, занимаемый единичной массой вещества: vm V m . У.о. – величина, обратная плотности вещества: vm 1 . Единицей У.о. является

кубический метр на килограмм (м3/кг).

УДЕЛЬНОЕ КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ q . Физ. вел., равная отношению количества теплоты Q, полученного или отданного однородной системой, к массе m этой системы:

q 1Äæêã.

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ с. Физ. вел., равная отношению теплоемкости системы к ее массе: ñ dCdm.

УДЕЛЬНАЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА х. Величина, равная отношению экстенсивного термодинамического параметра dX системы к массе dm этой системы: x dX dm.

УРАВНЕНИЕ КЛАПЕЙРОНА-КЛАУЗИУСА. Термодинамическое уравнение, отражающее закономерности фазовых переходов первого рода (плавление, испарение, сублимация, полиморфные превращения кристаллов и др.). Согласно У.К.-К. теплота фазового перехода Qп (например, теплота плавления, теплота испарения) при равновесно протекающем процессе определяется выражением

dP / dT – значение производной от давления P по температуре T на кривой равновесия фаз в точке перехода.