Лекция 2.

2.1. Термические и калорическое уравнения состояния

2.2. Метод циклов (Карно, Клаузиде, Нернст)

2.1. Термические и калорическое уравнения состояния

Второе исходное положение термодинамики о том, что равновесные внутренние параметры являются функциями внешних параметров и температуры, приводит к существованию термических и калфического уравнений состояния системы, т.е. уравнений, связывающих температуру , внешние параметры и какой – либо равновесный внутренний параметр :

Если внутренним параметром является внутренняя энергия , то уравнение

называется уравнением энергии или калорическим уравнением состояния. Оно так называется потому, что с его помощью можно находить теплоемкости и другие подобные величины, обычно выражаемые ранее в калориях. Если внутренним параметром является сопряженная внешнему параметру обобщенная сила , то уравнения

называется термическими уравнениями состояния. Это название связано с тем, что с помощью этих уравнений вычисляется температура.

Общее число термических и калорических уравнений состояния системы равно числу ее степеней свободы, т.е. числу независимых параметров, характеризующих состояние системы. Если известны калорические и термические уравнения состояния, то с помощью начал термодинамики можно определить все термодинамические свойства системы. Эти уравнения устанавливаются из опыта, или находятся методами статистической физики. Это еще раз указывает на то, что термодинамика и статистическая физика дополняют друг друга.

Термическое и калорическое уравнения состояния простой системы имеют соответственно вид:

,

Если – давление, – объем системы, то уравнения состояния системы ,

2.2. Метод циклов (Карно, Клаузиде, Нернст)

Метод циклов заключается в том, что для установления определенной закономерности того или иного явления рассматривается подобранный подходящим образом обратимый цикл и к нему применяются уравнения 1 и 2 начал термодинамики в виде:

, (1)

С помощью этих уравнений удается найти искомую закономерность, при условии, что имеется возможность вычисления необходимых величин, входящих в эти уравнения для всех элементов цикла. Обычно изучаем системы мысленно заставляют совершить цикл Карно и тогда второе из уравнений (1) используется в виде теоремы Карно о независимости к.п.д. цикла от природы рабочего вещества. Поэтому полученное выражение из уравнения (1) для к.п.д. цикла в данной конкретной задаче приравнивают отношению и из полученного равенства определяют необходимую зависимость. Этот метод может быть использован для решения любой задачи, но имеет большой недостаток. Для установления той или иной закономерности приходится наугад подбирать подходящий цикл и успех решения задачи зависит от этого выбора. Но сам выбор ничем не определяется.