Термодинамичко стање
Термодинамичко стање система је његово стање у специфичном времену, које је у потпуности идентификовано вредностима одговарајућег скупа параметара познатих као варијабле стања, параметри стања или термодинамичке варијабле. Када се за систем одреди такав скуп термодинамичких варијабли, вредности свих термодинамичких својстава система су јединствено одређене. Уобичајено је да се за термодинамичко стање узима термодинамичка равнотежа. То значи да стање није само стање система у одређеном времену, већ да су услови исти, непроменљиви, током неограничено дугог временског периода.
Термодинамика успоставља идеализовани формализам који се може сумирати системом постулата термодинамике. Термодинамичка стања су међу основним или примитивним објектима или појмовима формализма, у којем је њихово постојање формално постулирано, а не изведено или конструисано из других концепата.[1][2][3]
Термодинамички систем није само физички систем.[4] Уместо тога, генерално, неограничено много различитих алтернативних физичких система чини дати термодинамички систем, јер у принципу физички систем има много више микроскопских карактеристика него што се спомиње у термодинамичком опису. Термодинамички систем је макроскопски објекат, чији микроскопски детаљи нису експлицитно разматрани у термодинамичком опису. Број варијабли стања потребних за одређивање термодинамичког стања зависи од система и није увек познат пре експеримента; обично се налази на основу експерименталних доказа. Тај број је увек два или више, и обично није већи од десетак. Иако је број варијабли стања фиксиран експериментом, остаје избор које од њих ће се користити за одређени погодни опис; дати термодинамички систем може бити алтернативно идентификован са неколико различитих избора из скупа варијабли стања. Избор се обично врши на основу зидова и околине који су релевантни за термодинамичке процесе које треба узети у обзир за дати систем. На пример, ако је намера да се размотри преношење топлоте система, онда би зид система требао да буде пропустљив за топлоту, и тај зид треба да повеже систем са телом, у окружењу, које има дефинисану временски непроменљиву температуру.[5][6]
За равнотежну термодинамику, у погледу термодинамичког стања система, њени садржаји су у унутрашњој термодинамичкој равнотежи, са нултим протоком свих количина, како унутрашњих тако и између система и околине. За Планка, примарна карактеристика термодинамичког стања система који се састоји од једне фазе, у одсуству спољашњег наметнутог поља силе, је просторна хомогеност.[7] За неравнотежну термодинамику, одговарајући скуп идентификационих варијабли стања укључује неке макроскопске варијабле, на примјер ненулти просторни градијент температуре, који указује на одступање од термодинамичке равнотеже. Такве неравнотежне идентификационе варијабле стања указују да се неки ненулти проток може појавити унутар система или између система и околине.[8]
Функције стања уреди
Поред термодинамичких варијабли које изворно идентификују термодинамичко стање система, систем је карактерисан даљим количинама које се називају функције стања, које се називају и варијаблама стања, термодинамичким варијаблама, или квантитетима стања. Оне су јединствено одређене термодинамичким стањем, као што је идентификовано оригиналним варијаблама стања. Прелаз из датог иницијалног термодинамичког стања у дато финално термодинамичко стање термодинамичког система познат је као термодинамички процес; то је обично пренос материје или енергије између система и околине. У сваком термодинамичком процесу, без обзира на то какви би били интермедијерни услови у току прелаза, укупна промена вредности сваке променљиве термодинамичког стања зависи само од почетног и коначног стања. За идеализирани континуирани или квази-статички процес, то значи да су инфинитезималне инкременталне промене у таквим варијаблама егзактни диференцијали. Заједно, инкременталне промене у целом процесу, као и почетна и коначна стања, у потпуности одређују идеализовани процес.
У најчешће цитираном једноставном примеру, идеалном гасу, термодинамичке варијабле би биле било које три варијабле од следеће четири: број молова, притисак, температура и запремина. Такво термодинамичко стање би постојало у тродимензионалном простору. Преостале варијабле, као и друге величине као што су унутрашња енергија и ентропија, биле би изражене као функције стања ове три варијабле. Функције стања задовољавају извесна универзална ограничења, изражена у законима термодинамике, и зависе од посебности материјала који чине дати систем.
Развијени су различити термодинамички дијаграми за моделовање прелаза између термодинамичких стања.
Равнотежно стање уреди
Физички системи који се налазе у природи су практично увек динамички и сложени, али у многим случајевима, макроскопски физички системи могу се описати на основу близине идеалним условима. Један од таквих идеалних услова је стабилно стање равнотеже. Таквим стањем се бави класична или равнотежна термодинамика, у којој се назива термодинамичко стање. На основу многих опсервација, термодинамика претпоставља да ће сви системи који су изоловани од спољашњег окружења еволуирати тако да се приближе јединственим стабилним стањима равнотеже. Постоји више различитих типова равнотеже, који одговарају различитим физичким варијаблама, а систем достиже термодинамичку равнотежу када су истовремено задовољени услови свих релевантних типова равнотеже. У наставку је наведено неколико различитих типова равнотеже.
- Топлотна равнотежа: Када је температура једнака широм система, он је у термичкој равнотежи.[9][10]
- Механичка равнотежа: Ако у свакој тачки датог система нема промене притиска са временом и нема кретања материјала, систем је у механичкој равнотежи.[11][12]
- Фазна равнотежа: Ово се дешава када маса сваке појединачне фазе достигне вредност која се не мења са временом.[13][14][15]
- Хемијска равнотежа: У хемијској равнотежи, хемијски састав система се усталио и не мења се са временом.[14][16]
Референце уреди
- ^ Цаллен, Х.Б. (1960/1985), п. 13.
- ^ Царатхéодорy, C. (1909).
- ^ Марсланд, Р. III, Броwн, Х.Р., Валенте, Г. (2015).
- ^ Јаyнес, Е.Т. (1965), п. 397.
- ^ Пригогине, I., Дефаy, Р. (1950/1954), п. 1.
- ^ Земанксy, M.W., Диттман, Р.Х. (1937/1981), п. 6.
- ^ Планцк, M., (1923/1927), п. 3.
- ^ Еу, Б.C. (2002).
- '^ Лиеб, Е.Х., Yнгвасон, Ј. (1999). Тхе пхyсицс анд матхематицс оф тхе сецонд лаw оф тхермодyнамицс, Пхyсицс Репортс, 314..а': 1–96, п. 55–56.
- ^ Марсланд, Роберт; Броwн, Харвеy Р.; Валенте, Гиованни (2015). „Тиме анд ирреверсибилитy ин аxиоматиц тхермодyнамицс”. Америцан Јоурнал оф Пхyсицс. 83 (7): 628—634. Бибцоде:2015АмЈПх..83..628М. С2ЦИД 117173742. дои:10.1119/1.4914528. хдл:11311/1043322
.
- ^ Јохн L Сyнге; Бyрон А Гриффитх (1949). Принциплес оф Мецханицс (2нд изд.). МцГраw-Хилл.
- ^ Беер ФП, Јохнстон ЕР, Мазурек ДФ, Цорнелл ПЈ, Еисенберг, ЕР (2009). Вецтор Мецханицс фор Енгинеерс: Статицс анд Дyнамицс (9тх изд.). МцГраw-Хилл. стр. 158.
- ^ Несс, Хендрицк C. Ван; Абботт, Мицхаел; Сwихарт, Марк; Смитх, Ј. M. (20. 3. 2017). Интродуцтион то Цхемицал Енгинееринг Тхермодyнамицс. Дубуqуе, Иоwа: МцГраw-Хилл Едуцатион. стр. 422. ИСБН 9781259696527. ОЦЛЦ 1001316575.
- ^ а б Аткинс, Петер Wиллиам; Паула, Јулио Де; Кеелер, Јамес (2018). Аткинс' Пхyсицал Цхемистрy (11тх изд.). Оxфорд Университy Пресс. ИСБН 9780198769866. ОЦЛЦ 1013164457.
- ^ Гиббс, Јосиах W. (1906). Сциентифиц Паперс оф Ј. Wиллард Гиббс. Лонгманс, Греен анд Цо. ОЦЛЦ 1136910263.
- ^ ИУПАЦ. „цхемицал еqуилибриум”. Компендијум хемијске терминологије (Интернет издање).
Литература уреди
- Баилyн, M. (1994). А Сурвеy оф Тхермодyнамицс, Америцан Институте оф Пхyсицс Пресс, Неw Yорк, ISBN 0-88318-797-3.
- Ценгел, Yунус; Мицхаел А. Боелс (2011). Тхермодyнамицс Ан Енгинееринг Аппроацх. Неw Yорк, НY: МцГраw-Хилл. ИСБН 978-0-07-352932-5.
- Цаллен, Х.Б. (1960/1985). Тхермодyнамицс анд ан Интродуцтион то Тхермостатистицс, (1ст едитион 1960) 2нд едитион 1985, Wилеy, Неw Yорк, ISBN 0-471-86256-8.
- Царатхéодорy, C. (1909). „Унтерсуцхунген üбер дие Грундлаген дер Тхермодyнамик”. Матхематисцхе Аннален. 67 (3): 355—386. дои:10.1007/БФ01450409. А транслатион маy бе фоунд хере
- Еу, Б.C. (2002). Генерализед Тхермодyнамицс. Тхе Тхермодyнамицс оф Ирреверсибле Процессес анд Генерализед Хyдродyнамицс, Клуwер Ацадемиц Публисхерс, Дордрецхт, ISBN 1-4020-0788-4.
- Јаyнес, Е.Т. (1965). Гиббс вс. Болтзманн ентропиес, Ам. Ј. Пхyс., 33: 391–398.
- Моделл, Мицхаел; Роберт C. Реид (1974). Тхермодyнамицс анд Итс Апплицатионс. Енглеwоод Цлиффс, Њ: Прентице-Халл. ИСБН 0-13-914861-2.
- Марсланд, Р. III, Броwн, Х.Р., Валенте, Г. (2015). Тиме анд ирреверсибилитy ин аxиоматиц тхермодyнамицс, Ам. Ј. Пхyс., 83(7): 628–634.
- Планцк, M., (1923/1927). Треатисе он Тхермодyнамицс, транслатед бy А. Огг, тхирд Енглисх едитион, Лонгманс, Греен анд Цо., Лондон.
- Пригогине, I., Дефаy, Р. (1950/1954). Цхемицал Тхермодyнамицс, Лонгманс, Греен & Цо, Лондон.
- Тисза, L. (1966). Генерализед Тхермодyнамицс, M.I.Т. Пресс, Цамбридге МА.
- Земанксy, M.W., Диттман, Р.Х. (1937/1981). Хеат анд Тхермодyнамицс. Ан Интермедиате Теxтбоок, сиxтх едитион, МцГраw-Хилл Боок Цомпанy, Неw Yорк, ИСНМ 0-07-072808-9.
- Адкинс, C.Ј. (1968/1983). Еqуилибриум Тхермодyнамицс, тхирд едитион, МцГраw-Хилл, Лондон, ISBN 0-521-25445-0.
- Баилyн, M. (1994). А Сурвеy оф Тхермодyнамицс, Америцан Институте оф Пхyсицс Пресс, Неw Yорк, ISBN 0-88318-797-3.
- Boltzmann, L. (1896/1964). Lectures on Gas Theory, translated by S.G. Brush, University of California Press, Berkeley.
- Chapman, S., Cowling, T.G. (1939/1970). The Mathematical Theory of Non-uniform gases. An Account of the Kinetic Theory of Viscosity, Thermal Conduction and Diffusion in Gases, third edition 1970, Cambridge University Press, London.
- Gibbs, J.W. (1876/1878). On the equilibrium of heterogeneous substances, Trans. Conn. Acad., 3: 108-248, 343-524, reprinted in The Collected Works of J. Willard Gibbs, Ph.D, LL. D., edited by W.R. Longley, R.G. Van Name, Longmans, Green & Co., New York, 1928, volume 1, pp. 55–353.
- Maxwell, J.C. (1867). On the dynamical theory of gases, Phil. Trans. Roy. Soc. London, 157: 49–88.
- Münster, A. (1970). Classical Thermodynamics, translated by E.S. Halberstadt, Wiley–Interscience, London.
- Partington, J.R. (1949). An Advanced Treatise on Physical Chemistry, volume 1, Fundamental Principles. The Properties of Gases, Longmans, Green and Co., London.
- Planck, M., (1897/1903). Treatise on Thermodynamics, translated by A. Ogg, first English edition, Longmans, Green and Co., London.
- Planck, M. (1914). The Theory of Heat Radiation, second edition translated by M. Masius, P. Blakiston's Son and Co., Philadelphia.
- ter Haar, D., Wergeland, H. (1966). Elements of Thermodynamics, Addison-Wesley Publishing, Reading MA.
- Tisza, L. (1966). Generalized Thermodynamics, M.I.T. Press, Cambridge MA.
- Herbert Charles Corben; Philip Stehle (1994). Classical Mechanics (Reprint of 1960 second изд.). Courier Dover Publications. стр. 113. ISBN 0-486-68063-0.
- Lakshmana C. Rao; J. Lakshminarasimhan; Raju Sethuraman; Srinivasan M. Sivakumar (2004). Engineering Mechanics. PHI Learning Pvt. Ltd. стр. 6. ISBN 81-203-2189-8.
- Marion JB and Thornton ST. (1995) Classical Dynamics of Particles and Systems. Fourth Edition, Harcourt Brace & Company.
- Peters, V. F. D.; Vis, M.; García, Á. González; Wensink, H. H.; Tuinier, R. (2020-09-18). „Defying the Gibbs Phase Rule: Evidence for an Entropy-Driven Quintuple Point in Colloid-Polymer Mixtures”. Physical Review Letters. 125 (12): 127803. doi:10.1103/PhysRevLett.125.127803.
- „'Quintuple point' material defies 150-year-old thermodynamics rule”. Physics World (на језику: енглески). 2020-10-22. Приступљено 2023-02-21.
- Opdam, J.; Peters, V. F. D.; Wensink, H. H.; Tuinier, R. (2023-01-12). „Multiphase Coexistence in Binary Hard Colloidal Mixtures: Predictions from a Simple Algebraic Theory”. The Journal of Physical Chemistry Letters (на језику: енглески). 14 (1): 199—206. ISSN 1948-7185. doi:10.1021/acs.jpclett.2c03138.
- „Colloidal mixture exists in up to six phases at once”. Physics World (на језику: енглески). 2023-02-14. Приступљено 2023-02-21.* Predel, Bruno; Hoch, Michael J. R.; Pool, Monte (14. 9. 2004). Phase Diagrams and Heterogeneous Equilibria : A Practical Introduction. Springer. ISBN 3-540-14011-5.
- White, Mary Anne (1999). Properties of Materials. Oxford University Press (1999). ISBN 0-19-511331-4.
- „The Nobel Prize in Chemistry 1967”. NobelPrize.org (на језику: енглески). Приступљено 2019-11-02.
- Eigen, Manfred (11. 12. 1967). „Immeasurably fast reactions” (PDF). Nobel Prize. Архивирано (PDF) из оригинала 2022-10-09. г. Приступљено 2. 11. 2019.
- Van Zeggeren, F.; Storey, S. H. (1970). The Computation of Chemical Equilibria. Cambridge University Press.
- Leggett, D. J., ур. (1985). Computational Methods for the Determination of Formation Constants. Plenum Press.
- Martell, A. E.; Motekaitis, R. J. (1992). The Determination and Use of Stability Constants. Wiley-VCH.