Термодинамические процессы

Термодинамические процессы

Под термодинамическим процессом понимается непрерывное изменение состояний системы. Причиной термодинамических процессов является наличие в термодинамической системе обобщенных термодинамических сил, определяемых как градиенты параметров состояния: grad р, grad Г и т. д. В изолированной термодинамической системе процессы идут в направлении, приближающем систему к состоянию равновесия. При достижении равновесия градиенты исчезают и процессы прекращаются. В открытой термодинамической системе процессы и связанные с ними силы также стремятся к состоянию равновесия. Однако внешние воздействия могут поддерживать градиенты, и поэтому неравновесность сохраняется. В зависимости от характера внешних воздействий система при этом может находиться в стационарном состоянии, приближаться к равновесию или удаляться от него. В стационарном состоянии параметры системы во всех точках остаются неизменными. Состояние равновесия также является стационарным, но оно возможно лишь как конечное состояние изолированной ТС. Летательные аппараты, живые организмы, планеты, звезды относятся к неравновесным ТС. Достижение равновесия для живого организма означает его смерть. В термодинамике используется термин равновесный процесс. В буквальном смысле — это процесс, при протекании которого система в любой момент находится в состоянии равновесия. Но в равновесной системе процессы невозможны. Следовательно, это понятие, строго говоря, некорректно. В дальнейшем под равновесием будем понимать квазиравновесный процесс, при протекании которого система проходит ряд квазиравновесных состояний. Поскольку градиенты при этом бесконечно малы, то этот условно названный равновесным процесс протекает бесконечно медленно. Идеализированное понятие равновесный процесс позволяет в уравнениях классической термодинамики отказаться от использования времени и пространственных координат. Задать конкретный процесс — значит указать последовательность изменения состояний системы. Равновесные процессы изображаются на термодинамической поверхности или на ее плоских проекциях (в координатах pV, рТ или VT) в виде непрерывных линий без указания временных отметок и пространственных координат. При этом удобнее использовать не пространственные трехмерные изображения линий процессов, а их двухмерные проекции на координатные плоскости pV, рТ, VT. Изображение линий термодинамического процесса на плоскости pV называется pV-диаграммой. При этом удобнее использовать не пространственные трехмерные изображения линий процессов, а их двухмерные проекции на координатные плоскости pV, рТ, VT. Изображение линий термодинамического процесса на плоскости pV называется pV-диаграммой. Каждый термодинамический процесс, изображенный линией на плоскости, отображает совокупность последовательных равновесных состояний системы, выраженных в виде зависимости одного параметра от другого при постоянстве значения третьего параметра или при каких-то других определенных условиях. На рис. 1.11 и 1.12 в координатах pV в качестве примера приведены процессы 1—2и2—3, 1—а—2; 2—b—1. Последовательный набор повторяющихся процессов называется термодинамическим циклом. Цикл может быть как замкнутым (см. рис. 1.12), так и разомкнутым (см. рис. 1.11). Для разомкнутых циклов возвращение ТС в исходное состояние осуществляется с помощью условного замыкающего термодинамического процесса.