Детская энциклопедия
Том 1. Земля. Том 4. Растения и животные. Том 7. Человек. Том 10. Зарубежные страны.
Том 2. Мир небесных тел. Числа и фигуры. Том 5. Техника и производство. Том 8. Из истории человеческого общества. Том 11. Язык. Художественная литература.
Том 3. Вещество и энергия. Том 6. Сельское хозяйство. Том 9. Наша советская Родина. Том 12. Искусство.

Состояние и свойства системы

Состояние системы определяется темпера­турой, давлением и объемом. Эти свойства системы хорошо всем знакомы, но они далеко не простые. Состояние одного моля водорода, килограмма водяного пара, кубометра любого газа, воды, любой жидкости, кристалла, самой сложной смеси реагирующих веществ пол­ностью характеризуется соответствующими значениями свойств системы. Иногда ученому-термодинамику приходится принимать во вни­мание, учитывать и внешние воздействия на систему, от которых может зависеть ее состоя­ние: силу тяжести (например, при изучении свободной атмосферы), электрические или маг­нитные поля.

Состояние системы — это совокупность ее свойств. Изменилось состояние системы изменились и значения ее свойств. Восстано­вилось снова прежнее состояние — восстано­вились прежние значения ее свойств. На на­стоящем состоянии системы ее прошлые состоя­ния не отражаются. Вода остается той же самой водой, если ее заморозить, а потом растопить лед или сначала испарить, а потом сконденсировать пар. Изменение свойства не зависит от пути перехода системы из началь­ного состояния в конечное. Очень важно, что справедливо и обратное утверждение: если при переходе системы из одного состояния в другое изменение некоторой величины не зави­сит от пути перехода, а определяется только начальным и конечным состояниями системы, то эта величина — свойство системы.

Вероятно, у многих может возникнуть во­прос: зачем нужно говорить о простых вещах так неопределенно, туманно и неясно. Если ученый изучает воду, так пусть он ее водой и называет; если серную кислоту, пусть так и говорит — кислота. Так, казалось бы, долж­но быть яснее и проще.

Дело в том, что термодинамика очень эко­номная наука. Если термодинамика дает урав­нение для расчета химической реакции, то оно справедливо не только для какой-нибудь одной реакции, но и для всех химических реакций, где бы они ни протекали, кем бы ни прово­дились, при каких бы условиях ни осуществ­лялись и какие бы вещества в этих реакциях ни принимали участие. Непреложные термо­динамические законы о работе тепловых машин применимы ко всем тепловым двигателям, как бы они ни были построены, на каком бы прин­ципе они ни работали, даже и к тем тепловым машинам которые когда-нибудь будут изобретены. Вот поэтому так гораздо правиль­нее и точнее выражается эта замечательная осо­бенность термодинамики: она изучает состоя­ния и свойства термодинамической системы вообще, любой, какой угодно.

Уравнение состояния

И химику, и теплотехнику, и физику, и кон­структору новых космических кораблей мало знать общие закономерности поведения системы вообще. Им нужно рассчитывать совершенно конкретные задачи: один хочет знать, с по­мощью какой химической реакции он сможет получить новое соединение дешевле и проще; другому необходимо еще более повысить коэф­фициент полезного действия у двигателя; фи­зик, например, мечтает достичь настолько высоких температур, чтобы можно было осу­ществить начало термоядерной реакции; кос­монавтам необходимы еще более тяжелые кос­мические корабли, и им нужно новое топли­во, еще более мощное и с большим тяго­вым усилием.

Это примеры очень важных, имеющих ог­ромное значение процессов, в них принимают участие определенные реальные вещества. И свойства этих веществ должны входить в тер­модинамические расчеты.

Для этого нужно знать уравнение состояния вещества. Его нельзя получить при помощи термодинамики. Оно должно быть найдено дру­гим, независимым путем — либо точными из­мерениями, либо теоретически.

Уравнение состояния необходимо термоди­намике знать заранее, без него она ничего не может рассчитать. Оно позволяет рассчи­тать для определенного вещества любую из четырех важнейших величин — количество веще­ства (т), его объем (v), давление (р) или тем­пературу (Т), если известны три остальные ве­личины:

F(m, v, р, Т) = 0.

Удобнее рассматривать всегда один моль га­за, тогда уравнение состояния будет проще:

F(v, р, Т)=0.

Каждый школьник знает уравнение состоя­ния идеальных газов, его вывел впервые петер­бургский профессор француз Клапейрон:

pv-RT=0.

138