Sa mahabang panahon, may paraan ang mga physicist at kinatawan ng iba pang mga agham upang ilarawan kung ano ang kanilang naoobserbahan sa kurso ng kanilang mga eksperimento. Ang kakulangan ng pinagkasunduan at ang pagkakaroon ng isang malaking bilang ng mga termino na kinuha "out of the blue" ay humantong sa pagkalito at hindi pagkakaunawaan sa mga kasamahan. Sa paglipas ng panahon, ang bawat sangay ng pisika ay nakakuha ng mga itinatag na kahulugan at mga yunit ng pagsukat. Ganito lumabas ang mga thermodynamic na parameter, na nagpapaliwanag sa karamihan ng mga macroscopic na pagbabago sa system.
Definition
Ang mga parameter ng estado, o mga thermodynamic na parameter, ay isang bilang ng mga pisikal na dami na magkakasama at bawat isa ay magkakahiwalay na mailalarawan ang naobserbahang sistema. Kabilang dito ang mga konsepto tulad ng:
- temperatura at presyon;
- konsentrasyon, magnetic induction;
- entropy;
- enthalpy;
- Gibbs at Helmholtz energies at marami pang iba.
Pumili ng masinsinan at malawak na mga parameter. Ang malawak ay ang mga direktang umaasa sa masa ng thermodynamic system, atintensive - na tinutukoy ng iba pang pamantayan. Hindi lahat ng mga parameter ay pantay na independyente, samakatuwid, upang makalkula ang estado ng balanse ng system, kinakailangan upang matukoy ang ilang mga parameter nang sabay-sabay.
Bukod dito, may ilang terminolohikal na hindi pagkakasundo sa mga physicist. Ang parehong pisikal na katangian ay maaaring tawagin ng iba't ibang mga may-akda alinman sa isang proseso, o isang coordinate, o isang dami, o isang parameter, o kahit isang pag-aari lamang. Ang lahat ay nakasalalay sa nilalaman kung saan ginagamit ito ng siyentipiko. Ngunit sa ilang sitwasyon, may mga standardized na rekomendasyon na dapat sundin ng mga drafter ng mga dokumento, textbook o order.
Pag-uuri
May ilang klasipikasyon ng mga thermodynamic na parameter. Kaya, batay sa unang talata, alam na ang lahat ng dami ay maaaring hatiin sa:
- extensive (additive) - ang mga naturang substance ay sumusunod sa batas ng karagdagan, ibig sabihin, ang halaga nito ay depende sa bilang ng mga sangkap;
- matinding - hindi sila nakadepende sa kung gaano karami ng substance ang kinuha para sa reaksyon, dahil nakahanay ang mga ito sa panahon ng pakikipag-ugnayan.
Batay sa mga kondisyon kung saan matatagpuan ang mga sangkap na bumubuo sa system, ang mga dami ay maaaring hatiin sa mga naglalarawan ng mga phase reaction at mga kemikal na reaksyon. Bilang karagdagan, ang mga katangian ng mga reactant ay dapat isaalang-alang. Maaari silang maging:
- thermomechanical;
- thermophysical;
- thermochemical.
Bukod dito, ang anumang thermodynamic system ay gumaganap ng isang tiyak na function, kaya ang mga parameter ay maaaringtukuyin ang gawain o init na ginawa bilang resulta ng reaksyon, at nagbibigay-daan din sa iyong kalkulahin ang enerhiya na kinakailangan upang ilipat ang masa ng mga particle.
State Variable
Ang estado ng anumang system, kabilang ang thermodynamic, ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng kumbinasyon ng mga katangian o katangian nito. Ang lahat ng mga variable na ganap na tinutukoy lamang sa isang partikular na sandali sa oras at hindi nakadepende sa kung paano eksaktong dumating ang system sa ganitong estado ay tinatawag na thermodynamic state parameters (variables) o state functions.
Itinuturing na nakatigil ang system kung ang mga variable na function ay hindi nagbabago sa paglipas ng panahon. Ang isang bersyon ng steady state ay thermodynamic equilibrium. Anuman, kahit na ang pinakamaliit na pagbabago sa system, ay isa nang proseso, at maaari itong maglaman ng isa hanggang ilang variable na thermodynamic na mga parameter ng estado. Ang pagkakasunud-sunod kung saan ang mga estado ng system ay patuloy na lumipat sa isa't isa ay tinatawag na "process path".
Sa kasamaang palad, mayroon pa ring kalituhan sa mga termino, dahil ang parehong variable ay maaaring maging independyente at ang resulta ng pagdaragdag ng ilang mga function ng system. Samakatuwid, ang mga terminong gaya ng "state function", "state parameter", "state variable" ay maaaring ituring na kasingkahulugan.
Temperature
Ang isa sa mga independiyenteng parameter ng estado ng isang thermodynamic system ay temperatura. Ito ay isang halaga na nagpapakilala sa dami ng kinetic energy sa bawat yunit ng mga particle sathermodynamic system sa equilibrium.
Kung lalapitan natin ang kahulugan ng konsepto mula sa punto ng view ng thermodynamics, kung gayon ang temperatura ay isang halaga na inversely proportional sa pagbabago sa entropy pagkatapos magdagdag ng init (enerhiya) sa system. Kapag ang sistema ay nasa equilibrium, ang halaga ng temperatura ay pareho para sa lahat ng "mga kalahok" nito. Kung may pagkakaiba sa temperatura, ang enerhiya ay ibinibigay ng mas mainit na katawan at hinihigop ng mas malamig.
May mga thermodynamic system kung saan kapag idinagdag ang enerhiya, hindi tumataas ang kaguluhan (entropy), bagkus ay bumababa. Bilang karagdagan, kung ang naturang sistema ay nakikipag-ugnayan sa isang katawan na ang temperatura ay mas mataas kaysa sa sarili nito, ibibigay nito ang kinetic energy nito sa katawan na ito, at hindi ang kabaligtaran (batay sa mga batas ng thermodynamics).
Pressure
Ang presyon ay isang dami na nagpapakilala sa puwersang kumikilos sa isang katawan, patayo sa ibabaw nito. Upang makalkula ang parameter na ito, kinakailangan upang hatiin ang buong dami ng puwersa sa lugar ng bagay. Ang mga yunit ng puwersang ito ay magiging pascals.
Sa kaso ng mga thermodynamic parameter, ang gas ay sumasakop sa buong volume na magagamit nito, at, bilang karagdagan, ang mga molekula na bumubuo dito ay patuloy na gumagalaw nang random at nagbanggaan sa isa't isa at sa sisidlan kung saan sila matatagpuan. Ang mga epektong ito ang tumutukoy sa presyon ng sangkap sa mga dingding ng sisidlan o sa katawan na inilalagay sa gas. Ang puwersa ay kumakalat nang pantay-pantay sa lahat ng direksyon nang tumpak dahil sa hindi mahuhulaanmga paggalaw ng molekular. Para tumaas ang pressure, dapat mong taasan ang temperatura ng system, at vice versa.
Internal na enerhiya
Ang pangunahing thermodynamic na mga parameter na nakadepende sa masa ng system ay kinabibilangan ng panloob na enerhiya. Binubuo ito ng kinetic energy dahil sa paggalaw ng mga molekula ng isang substance, gayundin ng potensyal na enerhiya na lumilitaw kapag ang mga molekula ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa.
Ang parameter na ito ay hindi malabo. Ibig sabihin, pare-pareho ang halaga ng panloob na enerhiya sa tuwing ang sistema ay nasa nais na estado, anuman ang paraan nito (ang estado) naabot.
Imposibleng baguhin ang panloob na enerhiya. Ito ay ang kabuuan ng init na ibinibigay ng system at ang gawain na ginagawa nito. Para sa ilang proseso, ang iba pang mga parameter ay isinasaalang-alang, tulad ng temperatura, entropy, presyon, potensyal, at bilang ng mga molekula.
Entropy
Ang pangalawang batas ng thermodynamics ay nagsasaad na ang entropy ng isang nakahiwalay na sistema ay hindi bumababa. Ang isa pang pormulasyon ay nagpopostulate na ang enerhiya ay hindi kailanman dumadaan mula sa isang katawan na may mas mababang temperatura patungo sa isang mas mainit. Itinatanggi naman nito ang posibilidad na lumikha ng perpetual motion machine, dahil imposibleng ilipat ang lahat ng enerhiyang magagamit sa katawan sa trabaho.
Ang mismong konsepto ng "entropy" ay ipinakilala sa paggamit noong kalagitnaan ng ika-19 na siglo. Pagkatapos ito ay nakita bilang isang pagbabago sa dami ng init sa temperatura ng system. Ngunit ang kahulugan na ito ay nalalapat lamang samga prosesong patuloy na nasa ekwilibriyo. Mula dito maaari nating gawin ang sumusunod na konklusyon: kung ang temperatura ng mga katawan na bumubuo sa system ay may posibilidad na maging zero, kung gayon ang entropy ay magiging katumbas din ng zero.
Entropy bilang thermodynamic parameter ng estado ng gas ay ginagamit bilang indikasyon ng sukat ng randomness, randomness ng particle motion. Ito ay ginagamit upang matukoy ang distribusyon ng mga molekula sa isang partikular na lugar at sisidlan, o upang kalkulahin ang electromagnetic na puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga ion ng isang substansiya.
Enthalpy
Ang Enthalpy ay ang enerhiya na maaaring ma-convert sa init (o trabaho) sa palaging presyon. Ito ang potensyal ng isang sistema na nasa equilibrium kung alam ng mananaliksik ang antas ng entropy, ang bilang ng mga molekula at ang presyon.
Kung ang thermodynamic parameter ng isang ideal na gas ay ipinahiwatig, sa halip na enthalpy, ang salitang "enerhiya ng extended system" ang ginagamit. Upang gawing mas madaling ipaliwanag ang halagang ito sa ating sarili, maaari nating isipin ang isang sisidlan na puno ng gas, na pantay na pinipiga ng isang piston (halimbawa, isang panloob na makina ng pagkasunog). Sa kasong ito, ang enthalpy ay magiging katumbas hindi lamang sa panloob na enerhiya ng sangkap, kundi pati na rin sa gawaing dapat gawin upang dalhin ang sistema sa kinakailangang estado. Ang pagpapalit ng parameter na ito ay nakadepende lamang sa inisyal at huling estado ng system, at ang paraan kung paano ito matatanggap ay hindi mahalaga.
Gibbs Energy
Thermodynamic na mga parameter at proseso, sa karamihan, ay nauugnay sa potensyal ng enerhiya ng mga sangkap na bumubuo sa system. Kaya, ang enerhiya ng Gibbs ay katumbas ng kabuuang enerhiya ng kemikal ng system. Ipinapakita nito kung anong mga pagbabago ang magaganap sa kurso ng mga kemikal na reaksyon at kung ang mga sangkap ay makikipag-ugnayan sa lahat.
Ang pagpapalit ng dami ng enerhiya at temperatura ng system sa panahon ng reaksyon ay nakakaapekto sa mga konsepto gaya ng enthalpy at entropy. Ang pagkakaiba sa pagitan ng dalawang parameter na ito ay tatawaging Gibbs energy o isobaric-isothermal potential.
Ang pinakamababang halaga ng enerhiyang ito ay sinusunod kung ang sistema ay nasa equilibrium, at ang presyon, temperatura at dami ng bagay nito ay nananatiling hindi nagbabago.
Helmholtz Energy
Ang Helmholtz energy (ayon sa iba pang mapagkukunan - libreng enerhiya lang) ay ang potensyal na dami ng enerhiya na mawawala ng system kapag nakikipag-ugnayan sa mga katawan na hindi kasama dito.
Ang konsepto ng Helmholtz free energy ay kadalasang ginagamit upang matukoy kung anong maximum na gawain ang maaaring gawin ng isang system, ibig sabihin, kung gaano karaming init ang inilalabas kapag ang mga substance ay nagbabago mula sa isang estado patungo sa isa pa.
Kung ang sistema ay nasa estado ng thermodynamic equilibrium (iyon ay, hindi ito gumagana), kung gayon ang antas ng libreng enerhiya ay nasa pinakamababa. Nangangahulugan ito na ang pagbabago ng iba pang mga parameter, tulad ng temperatura,pressure, hindi rin nangyayari ang bilang ng mga particle.
