Параметры системы. Процессы

Обобщенные силы и обобщенные координаты позволяют описать (дать характеристику) системы. Они получили название параметров системы.

Принципиальное различие между обобщенными силами и обобщенными координатами заключается в том, что обобщенные силы не зависят от массы системы, а обобщенные координаты прямо пропорциональны массе.

Параметры, прямо пропорциональные массе системы (к ним относятся обобщенные координаты), называются экстенсивными. Параметры, не зависящие от массы (они включают обобщенные силы), называются интенсивными.

При взаимодействии системы со средой параметры (или хотя бы один из них) изменяются. Поэтому набор параметров используется для оценки состояния системы и его изменений.

Параметры системы зависят друг от друга. Функциональная зависимость между параметрами в различных состояниях дается уравнением, называемым уравнением состояния.

Любое изменение параметров называется процессом.

Когда указывается, что система совершает процесс, это означает, что она переходит из одного состояния в другое. Состояние, из которого начинаются изменения в системе, называется исходным, а состояние, в которое приходит система, - конечным.

Если начальное и конечное состояния совпадают (характеризуются одними и теми же значениями параметров), то процесс называется циклическим или круговым.

Процесс с предельно малой скоростью был назван квазистатическим.

Квазистатическому процессу соответствует максимальное сопротивление среды при совершении работы системой и максимальное сопротивление системы при совершении работы средой. Это возможно, если обобщенная сила, действующая со стороны системы или, наоборот, действующая со стороны среды на пренебрежимо малую величину, превышает противодействующую ей силу. Вследствие почти полного равенства сил, действующих с обеих сторон, вместо названия «квазистатический процесс» иногда используют название «равновесный процесс». Последнее название противоречиво, так как равновесию отвечает постоянство параметров в системе, а процессу - их изменение.

Еще одной характеристикой процесса является его обратимость.

Обратимым процессом называется такой процесс, при завершении которого можно вернуть в исходное состояние как систему, так и взаимодействовавшую с ней среду.

Для понимания обратимости термодинамических процессов вновь рассмотрим расширение газа в цилиндре под поршнем. При быстром расширении газа совершаемая им работа должна быть меньше работы по возвращению его в исходное состояние. Если газ снова окажется в исходном состоянии, то состояние среды окажется отличным от исходного, так как среде для производства работы, большей, чем полученная от системы, необходимо изменить параметры.

Изменения в системе, которые невозможно компенсировать произведенной ею работой, называются необратимыми.

Если бы газ расширялся квазистатически, произведенная им работа могла быть аккумулирована и полностью использована средой для возвращения системы в исходное состояние. При этом и сама среда вернулась бы в исходное состояние. Таким образом, квазистатичность обеспечивает обратимость термодинамических процессов.

Так как для реальных процессов невозможно в общем случае рассчитать работу (можно пользоваться только неравенством), в термодинамике все количественные соотношения были получены для квазистатических процессов. Это означает, что в классической термодинамике все процессы рассматриваются, как протекающие бесконечно медленно, и время как переменная величина исчезает.