спериментальным доказательством сущности теплового движения служит броуновское движение - беспорядочное движение малых (размером в несколько мкм и менее) частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием толчков со стороны молекул окружающей среды.
Температура - физическая величина, характеризующая энергетическое состояние среды. Кинетическая температура - параметр, характеризующий среднюю кинетическую энергию теплового движения частиц, вычисляемый по формуле:
mv1 ЗкТ _ mv2 2 ~ 2 ’ Зк
где m - масса частицы, v - скорость теплового движения частиц,
к - 1,38 10'23Дж1, К - постоянная Больцмана, Т - температура газа, К.
Давление - физическая величина, характеризующая интенсивность нормальных (перпендикулярных к поверхности) сил, с которыми одно тело действует на другое. Давление в газовой среде связано с передачей импульса при столкновениях находящихся в тепловом движении молекул газа друг с другом или с поверхностью граничащих с газом тел.
Энтропия - мера необратимого рассеяния энергии, связанного с превращением тепла в работу. Связь энтропии S с внутренней энергией U, давлением р, объемом V и абсолютной температурой Т определяется дифференциалом:
dS = {dU + pdV)/T.
Энтропия определяет характер процессов при отсутствии теплообмена с окружающей средой в адиабатической системе: возможны только такие процессы, при которых энтропия либо остается неизменной (обратимые процессы), либо возрастает (необратимые процессы). Термодинамическому равновесию в этом случае соответствует состояние с максимумом энтропии.
Тепловые процессы связаны со строением вещества и его внутренней структурой. Изменение температуры может изменить агрегатное состояние вещества, например, расплавить его или превратить в пар при повышении температуры или, наоборот, газ превратить в жидкость и даже в твердое вещество при охлаждении.
Теплообмен - самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты в пространстве, обусловленный неоднородным полем температуры. Различают три вида теплообмена - теплопроводность, конвекцию и лучистый теплообмен. На практике теплообмен обычно осуществляется всеми тремя видами одновременно.
Теплопроводность - перенос теплоты от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к выравниванию температур. При теплопроводности перенос энергии в теле осуществляется в результате непосредственной передачи энергии от частиц (молекул, атомов, электронов), обладающих большей энергией, частицам с меньшей энергией.
Конвекция - перенос теплоты в жидкостях, газах или сыпучих средах потоками вещества. Естественная конвекция возникает при неравномерном нагреве снизу текучих или сыпучих веществ, находящихся в поле тяжести или в системе, движущейся с ускорением. Вещество, нагретое сильнее, имеет меньшую плотность и под действием архимедовой силы перемещается относительно менее нагретого вещества. При вынужденной конвекции перемещение вещества происходит под воздействием какого-либо устройства (насоса, мешалки и т.п.).
Лучистый теплообмен (радиационный теплообмен) осуществляется в результате процессов превращения внутренней энергии вещества в энергию излучения, переноса энергии излучения и ее поглощения веществом. Протекание лучистого теплообмена определяется взаимным расположением в пространстве тел, обменивающихся теплом, и свойствами среды, разделяющей эти тела. Существенным отличием лучистого теплообмена от других видов теплообмена заключается в том. что он может протекать и при отсутствии вещественной среды, разделяющей поверхности теплообмена, т.к. он осуществляется в результате распространения электромагнитного излучения.
Равновесным является такое состояние изолированной системы, в которое она переходит по истечении бесконечно большого времени. Однако практически равновесие достигается за конечное время, называемое временем релаксации. При неизменных внешних условиях такое состояние может сохраняться сколь угодно долго.
Равновесное состояние полностью характеризуется небольшим числом физических параметров. Прежде всего это температура, равенство значений для всех частей системы является необходимым условием термодинамического равновесия (Нулевое начало термодинамики).
При переходе из одного равновесного состояния в другое система проходит через непрерывный ряд состояний. Если процесс может быть обращен вспять и при этом в окружающей среде не остается никаких изменений, то процесс является обратимым. Термодинамика дает полное описание обратимых процессов, а для необратимых процессов устанавливает лишь определенные неравенства и указывает направление их протекания.
Изобарный процесс - процесс, протекающий при постоянном давлении.
Изотермический процесс - процесс, протекающий при постоянной температуре.
Изохорный процесс - процесс, происходящий при постоянном объеме.
Адиабатный процесс - процесс совершения работы при отсутствии теплообмена с окружающей средой.
Термодинамические потенциалы - функции макроскопических параметров термодинамической системы (объема, давления, температуры, энтропии, числа частиц), за счет которых совершается работа системой и убывающие в процессе совершения ею работы. В зависимости от условий процесса такими потенциалами являются внутренняя энергия, энтальпия, Гельмгольцева энергия и Гиббсова энергия.
