Любая система, поставленная и находящиеся в определенных внешних условиях, рано или поздно приходит в новое, термодинамическое состояние равновесия. Это научное утверждение можно рассматривать как один из главных постулатов статистической физики.
Рисунок 1. Термодинамические свойства газов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В понятие основных внешних условий входит задание положений координат внешних по отношению к концепции тел, определяющих частицы и их силы. Эти показатели внешних тел называются внешними параметрами идеального газа. В случае изотропной равномерной системы вместо показаний координат, внутри которых заключены все движущиеся элементы, в качестве внешней величины часто используется просто объем концепции. В определенных случаях, когда внешние физические тела создают протяженные поля (электрические, магнитные и гравитационные) в качестве величин выбираются напряженности самих полей.
Наряду с внешними показателями различают внутренние величины, характеризующие ключевые свойства самой системы.
Например, давление на физическое тело, которое зависит от температуры и энергетического объема при отсутствии внешних полей. К числу внутренних параметров ученые относят уровень диссоциации молекулярного газа, зависящий от его плотности и объема. Другими словами, внутренние критерии идеальных газов вполне самостоятельны и не зависят от внешних параметров.
В состоянии термодинамического и прямолинейного равновесия системы ее величины имеют, при правильно заданных показателях и температуре (энергии), конкретные численные значения.
Термодинамические параметры и идеальный газ
Рисунок 2. Уравнение состояния идеального газа. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Идеальный газ – это особое вещество, при изучении свойств которого соблюдаются определенные условия взаимодействия элементарных частиц.
К таким условиям относят:
- постоянное соударения молекул такого газа происходят, как удары упругих шаров, размеры которых ничтожно малы;
- от столкновения до столкновения атомы движутся прямолинейно и равномерно;
- не учитываются силы взаимодействия между молекулами.
Реальные газы при нахождении в помещение комнатной температуре и нормальном давлении будут вести себя как идеальные газы. Такими элементами системы могут водород, гелий, свойства которых уже при привычных условиях отвечают всем закономерностям идеального газа.
Состояние определенной массы идеального газа будет с точностью определяться значениями трех показателей: $P, V, T$. Эти физические величины, которые описывают состояние газа, называются параметрами макросостояния, закономерно связанные друг с другом, поэтому изменение одного элемента влечет за собой изменение другого.
Соотношение, дающее взаимосвязь между основными параметрами материального тела, называется в физике уравнением состояния. Следовательно, такое соотношение выступает в качестве главного уравнения состояния идеального газа. Основными процессами в термодинамике идеальных газов, важными в прикладном и теоретическом отношениях, являются:
- изохорный - протекающий при постоянном и равномерном объеме;
- изобарный- возникающий при стабильном давлении;
- изотермический – функционирующий при постоянной температуре;
- адиабатный — процесс, в котором отсутствует теплообмен с окружающей средой.
Методы исследования физических процессов, не зависящие от их характеристик, выполняют важную роль, вычисляя работу изменения общего объема газа и определяя количество возможной теплоты, подведенной к элементу в процессе. Также с помощью термодинамических способов возможно установить наличие внутренней энергии системы и изменить энтропию концепции.
Калорические параметры состояния идеального газа
Рисунок 3. Уравнение адиабаты для идеального газа. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
К калорическим основным параметрам состояния исследуемого физического элемента относятся следующие термодинамические величины:
- Энтропия. Согласно этому показателю теплота элементарной частицы не является функцией состояния, так как количество теплового процесса зависит от взаимодействия движущихся в системе элементов.
- Энтальпия. Данный критерий представляет собой сумму внутренней энергии материального тела и произведения давления на его объем. Удельная энтальпия может определять отношение вещества к собственной массе, следовательно, можно определить количество теплоты, участвующее в процессе
- Внутренняя энергия. Эта величина демонстрирует калорический параметр общего состояния, поэтому ее изменение не зависит от термодинамического процесса, а определяется исключительно начальными и конечными состояниями концепции.
При детальном исследовании указанных процессов возможно определить уравнение системы в координатах и связь между основными параметрами состояния идеального газа, измерение внутреннего энергетического потенциала, а также реальную величину внешней работы и количество поглощенной теплоты.
Теплоемкость идеальных газов
Рисунок 4. Теплоемкость идеального газа. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Экспериментально измеренные теплоемкости идеальных газов при обычных внешних условиях практически идеально согласуются с другими постулатами классической термодинамики. Однако, в целом классическая гипотеза теплоемкости данных веществ не может считаться вполне удовлетворительной и подходящей для всех систем. Существует много различных примеров весомых расхождений между экспериментом и теорией. Это обуславливается тем, что существующая теория не в состоянии в полной мере учесть энергию, непосредственно связанную с внутренними движениями в самой молекуле.
Гипотезу о равномерном и прямолинейном распределении тепловой энергии по степеням свободы возможно применить и к движению частиц в твердом теле. Атомы, которые входят в состав кристаллической решетки, совершают определенные колебания возле положений равновесия. Энергетический потенциал таких вибраций представляет собой внутреннюю силу физического вещества.
Опыт доказывает, что практически все идеальные газы имеют молярную теплоемкость, возникающую при обычных температурах.
Но, при нулевой температуре сразу появляются значительные расхождения между движущимися элементами. Следует отметить, что «количество теплоты» и «теплоемкость» - достаточно неудачные термины. Они достались современной науке в наследство от устаревших принципов теории теплорода, которая господствовала в начале XVIII столетия.
Эта гипотеза рассматривала теплоту и энергию идеальных газов как универсальное невесомое вещество, содержащееся во всех физических телах. Считалось, что такие параметры не могут быть ни созданы, ни уничтожены. Нагревание материальных веществ объяснялось увеличением, а охлаждение – уменьшением содержащегося внутри них теплорода. Однако теория теплорода не совсем состоятельна. Она не может описать, почему одинаковые изменения внутренней энергии тела возможно получить, передавая ему абсолютно разное количество теплоты в зависимости от совершаемой системой работы. Поэтому лишено физического смысла и само утверждение, что «в физическом теле содержится определенный запас теплоты».
