1.1: Система та оточення

Last updated

Oct 25, 2022
Save as PDF
- 1: Основи
- 1.2: Тиск і молярний об'єм

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Закон нульового термодинаміки стосується температури системи. І хоча це може здатися інтуїтивним щодо того, що означають такі терміни, як «температура» та «система», важливо визначити ці терміни. Найпростіші терміни для визначення - це ті, які використовуються для опису системи інтересів та оточення, обидва з яких є підмножинами Всесвіту.

Всесвіт — все
Система — підмножина Всесвіту, яка вивчається та/або вимірюється
Оточення — кожна частина Всесвіту, яка не є самою системою.

Як з'ясовується, систем може бути кілька типів, залежно від характеру кордону, яка відокремлює систему від оточення, і конкретно від того, дозволяє вона пропускати речовину або енергію через неї.

Відкрита система - дозволяє переносити як масу, так і енергію через її межі
Закрита система - дозволяє передавати енергію через її межі, але не масову передачу
Ізольована система - не дозволяє ні масі, ні передачі енергії через її межі

Крім того, системи можуть бути однорідними (що складаються тільки з однієї фази речовини, і з рівномірною концентрацією всіх речовин, присутніх на всьому протязі) або гетерогенними (що містять кілька фаз і/або різні концентрації складових по всьому.) Дуже важливою змінною, яка описує систему, є її склад, який може бути заданий кількістю молей кожного компонента або концентрацією кожного компонента. Число молів речовини задається відношенням кількості частинок до числа Авогадро

$n =\dfrac{N}{N_A}$

де $n$ - число молів, $N$ - кількість частинок (атомів, молекул або формульних одиниць) і $N_A$ число Авогадро (N _A = 6,022 х 10 ²³ моль ^-1).

Інші важливі змінні, які використовуються для опису системи, включають важливі змінні тиску, температури та обсягу. Інші змінні також можуть бути важливими, але часто можуть бути визначені, якщо ці змінні стану відомі. Часто знання невеликої кількості змінних стану - це все, що потрібно для визначення всіх інших властивостей системи. Співвідношення, що дозволяє визначити ці властивості зі значень пари змінних стану, називається рівнянням стану.

Змінні, що описують систему, можуть бути як інтенсивними (незалежно від кількості будь-якої даної речовини, присутньої в системі), так і великими (залежно від кількості речовини, присутньої в системі.) Температура і колір є прикладами інтенсивних змінних, тоді як обсяг і маса є прикладами великих змінних. Цінність інтенсивних властивостей полягає в тому, що їх можна зручно табулювати для різних речовин, тоді як великі властивості будуть специфічними для окремих систем.

Часто це так, що співвідношення двох великих змінних призводить до інтенсивної змінної (оскільки кількість речовини скасовується.) Прикладом цього є щільність, яка є співвідношенням маси і обсягу. Іншим прикладом є молярний об'єм ( $V_m$ ), який є співвідношенням обсягу і кількості молей речовини. Для даної речовини молярний обсяг обернено пропорційний щільності речовини.

У однорідній системі інтенсивна змінна опише не тільки систему в цілому, а й будь-яку підмножину цієї системи. Однак це може бути не так в неоднорідній системі!