Презентация "Основы термодинамики необратимых процессов" по физике – проект, доклад

Основы термодинамики необратимых процессов

Основные понятия термодинамики

Термодинамическая система – совокупность тел, способных энергетически взаимодействовать между собой и с другими телами и обмениваться с ними веществом и энергией. Все тела вне указанной совокупности представляют собой внешнюю среду.

Изолированные системы – системы, которые не обмениваются с окружающей средой ни энергией, ни массой.

Закрытые системы - системы, которые обмениваются с окружающей средой энергией, но не обмениваются массой.

Открытые системы – системы, которые обмениваются с внешней средой и энергией, и массой.

Адиабатные (адиабатические) системы - системы, которые не обмениваются с окружающей средой энергией.

Термодинамические системы

Экстенсивные параметры – характеризуют систему как целое. Это масса и пропорциональные ей величины, например – объем. Эти величины имеют аддитивный характер – общая масса системы равна сумме масс ее отдельных частей и т.п.

Интенсивные параметры – не зависят от массы и могут принимать вполне определенные значения в каждой точке системы.

Термодинамические параметры

величины, характеризующие состояние термодинамической системы.

Равновесный процесс – процесс, рассматриваемый как непрерывный ряд равновесных состояний системы.

Обратимый термодинамический процесс – процесс, после которого система и взаимодействующие с ней системы могут возвратиться в начальное состояние.

Термодинамический процесс

изменение состояния системы, которое характеризуется изменением ее термодинамических параметров

Равновесный процесс всегда обратим, а обратимый процесс всегда протекает равновесным путем.

Равновесное состояние системы – состояние, в которое со временем приходит система при постоянных внешних условиях, и которое характеризуется неизменностью во времени термодинамических параметров и отсутствием в системе потоков вещества и теплоты. Постоянство параметров не должно быть связано с протеканием какого-либо процесса, внешнего по отношению к системе.

термодинамика неравновесных процессов

Описание эволюции системы во времени и свойств таких систем

Литература:

Н. М. Бажин, В. А. Иванченко, В. Н. Пармон. Термодинамика для химиков. М.: Химия, КолосС, 2004 – 416 с.

Современная термодинамика / Пригожин И., Кондепуди Д. – М.: Мир, 2002. – 462 с.

Пригожин И. Введение в термодинамику необратимых процессов. – Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. – 160с.

Агеев Е.П. Неравновесная термодинамика в вопросах и ответах. М.: Эдиториал УРСС, 2001. – 136 с.

Научная периодика

Journal of Non-Equilibrium Thermodynamics

http://www.degruyter.com/view/j/jnet

4 Issues per year IMPACT FACTOR 2010: 1.152

The Journal of Chemical Thermodynamics

Impact Factor: 2.794 http://www.journals.elsevier.com

Системы в термодинамике неравновесных процессов

Типы неравновесных систем Постулаты термодинамики необратимых процессов Локальные величины в неравновесной термодинамике Изменение энтропии в открытой системе Производство энтропии для однородной гомогенной системы при наличии химических превращений

Для неравновесных систем (открытых и закрытых) характерны неравновесные состояния, параметры и свойства которых являются функциями времени и/или пространства. В общем случае неравновесную систему нельзя охарактеризовать едиными значениями Т и р.

Однородное состояние

Стационарное состояние

Неоднородное и нестационарное состояние

Равновесное состояние

fi - cвойство системы

однородные, непрерывные и прерывные

Zi(r, t) – интенсивное свойство

Постулаты термодинамики необратимых процессов

dS  0

diS – производство энтропии количество энтропии, производимое внутри системы

dS = deS + diS

энтропия вне равновесия зависит от тех же величин и переменных, что и в состоянии равновесия (допущение существования локального равновесия)

diS  0

возможность сопряжения различных термодинамических процессов, самопроизвольно и одновременно протекающих внутри системы

принципиальная важность понятия устойчивости неравновесной системы

Локальные величины в неравновесной термодинамике

Локальные макроскопические величины – величины, отнесенные к физически бесконечно малым частям системы

Физически бесконечно малая величина – конечная, но относительно малая часть целого. Применимо только для экстенсивных величин.

Физически бесконечно малый объем должен быть велик по сравнению с расстоянием между молекулами и очень мал по сравнению с макроскопическими неоднородностями среды.

Локальное термодинамическое равновесие - термодинамическое равновесие, которое реализуется только в физически бесконечно малых частях системы. При этом макроскопические величины, характеризующие систему в целом, становятся функциями координат и времени.

Время установления локального равновесия составляет порядка 1,6*10-10 с для газов и 1*10-13 с для жидкостей

Изменение энтропии в открытой системе

dS=diS  0

изолированные системы

dS/dt = deS/dt + diS/dt

Скорость общего изменения энтропии dS/dt системы равна сумме скорости возникновения (производства) энтропии внутри самой системы diS/dt и скорости обмена энтропией между системой и окружающей средой deS/dt

1. dS/dt > 0 deS/dt > 0 или deS/dt diS/dt 3. dS/dt = 0 deS/dt

dS/dt = deS/dt + diS/dt = 0

dS/dt = 0 deS/dt dS= deS + diS = 0

diS для однородной гомогенной системы при наличии химических превращений

T, p – изотропны и постоянны во времени Обмен со средой – равновесный Обмен веществом со средой - отсутствует

dS= deS + diS deS=Q/T

Изменение энтропии в результате ее равновесного обмена с окружающей средой

diS – производство энтропии внутри системы за счет протекания химических реакций

diS = dS - deS = dS - Q/T

Система совершает только механическую работу расширения

Q = dU + PdV diS = dS – (dU + PdV)/T diS = (1/T)(TdS – dU - PdV) dG = -TdS + dU + PdV diS = -dG/T > 0

σ  diS/dt = -(1/T)(dG/dt) > 0

Скорость производства энтропии в открытой системе при постоянных Т и р пропорциональна скорости уменьшения термодинамического потенциала Гиббса системы