Классическая термодинамика

— гетерогенный 298 Квазинейтральность 51, 52, 57, 60 Клапейрона уравнение 40 Клаузиуса — Клапейрона уравнение

ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ - фундамент, физ. постоянная R, входящая в ур-ние состояния 1 моля идеального газа (см. Клапейрона уравнение}; /7=8,31441(26) Дж/(моль-К). Удельной Г.п. наз. величина B=R/M, где М - молярная масса. ГАЗОВАЯ РЕЗКА, автогенная резка, кислородная резка, -резка материала сжиганием его в струе кислорода с одноврем. удалением продуктов сгорания. Нагрев материала до темп-ры его воспламенения производится с помощью паров бензина либо горючих газов (ацетилен, пропан). Г.р. осуществляют ручным или машинным резаком (для низкоуглеродистых и низколегир. сталей, титановых сплавов), с добавлением флюсов (для хромистых сталей, чугуна, медных сплавов), кислородным копьём - стальной трубкой, по к-рой подводят кислород (для бетона, ж.-б., огнеупоров). Г.р. применяют также для строжки, зачистки поверхности, образования канавок и т.п. Возможно выполнение Г.р. под водой с использованием для подачи кислорода трубчатых электродов.

КЛАПЕЙРОНА УРАВНЕНИЕ, Клапейрона - Менделеева уравнение [по имени франц. физика Б. Клапейрона (В. Clapeyron; 1799-1864) и рус. химика Д.И. Менделеева (1834-1907)], - ур-ние состояния идеального газа: pV= — T, где р - давление,

связывающее давление р, объём V \л термодинамич. темп-ру Т физически однородного тела (см. Термодинамическая система), находящегося в состоянии равновесия термодинамического: F(p, V, Г) = 0, откуда р = = Ф(К Т). Это ур-ние часто наз. термическим У.с. в отличие от т.н. калорического У.с., выражающего внутреннюю энергию тела U как ф-цию его объёма Vv\ термодинамич. темп-ры Т (либо V и давления р или р\л Т): U=f(V, Т). У.с.- необходимое дополнение к законам термодинамики, позволяющее применять их к конкретным в-вам. У.с. нельзя получить методами термодинамики, их определяют либо экспериментальным путём, либо выводят (для простейших объектов) методами статистич..физики. Из У.с. для разл. агрегатных состояний наиболее обоснованы У.с. для газов (см., напр., Клапейрона уравнение).

ГАЗ (франц. gaz, от греч. chaos — хаос) — одно из агрегатных состояний вещества, в к-ром его частицы не связаны между собой молекулярными силами притяжения и хаотически движутся, заполняя весь возможный объём. При обычных давлениях и темп-pax среднее расстояние между молекулами в Г. примерно в 10 раз больше, чем в жидкостях и твёрдых телах, поэтому плотность Г. значительно меньше их плотности. При обычных темп-рах Г.— хорошие диэлектрики, т. к. их атомы и молекулы электрически нейтральны (см. также Электрический разряд в газе). При достаточно малой плотности реальный Г. можно практически считать идеальным газом (напр., воздух при норм, давлении и темп-ре). Связь между давлением, объёмом и темп-рой идеального Г. выражается Клапейрона уравнением. Более точно состояние реального Г., с учётом собств. объёма молекул и влияния сил межмолекулярного притяжения, выражается Ван-дер-Ваальса уравнением.

ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ — универс. физ. постоянная Л, входящая в ур-ние состояния идеального газа (см. Клапейрона уравнение) и численно равная работе расширения 1 моля идеального газа в изобарическом процессе при увеличении темп-ры газа на 1К. Д = (8,31441 ± 0,00026) Дж/(моль-К). Удельной Г. п. наз. величина В = Я/ц, где ц — молярная масса газа в кг/моль [в Между-нар. системе единиц (СИ)].

И. г. служит Клапейрона уравнение. Реальные газы близки по своим св-вам к И. г., если они достаточно сильно разрежены (напр., воздух при обычных давлении и темп-ре). 2) В статистической cf>u-зике — совокупность большого числа частиц (или •квазичастиц), взаимодействием между к-рыми можно пренебречь. Напр., электронный газ в металлах, газ фопонов в кристаллах, фотонный газ (см. Фотон).

КЛАПЕЙРОНА УРАВНЕНИЕ, Клапейрона — Менделеева уравнение [по имени франц. физика Б. Клапейрона (В. Clapeyron; 1799—1864) и рус. химика Д. И. Менделеева (1834 — 1907)], — ур-ние состояния -идеального газа: pV^ = — RT, где р — давление, Т — абсолютная температура газа, Vp — молярный объём газа, R — газовая постоянная. Для произвольной массы М идеального газа с молярной массой р, К. у. имеет

УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ — ур-ние, связывающее давление р, объём V и абс. темп-ру Т физически однородного тела (см. Термодинамическая система), находящегося в состоянии равновесия •термодинамического'. F(p, V, Т) = 0, откуда р = y(V, Т). Это ур-ние часто наз. термическим У. с., в отличие от т. н. калорического У. с., выражающего внутреннюю энергию тела U как ф-цию его объёма V и абс. темп-ры Т (либо V и давления р или р и Т): U = /(V, Т). У. с.— необходимое дополнение к законам термодинамики, позволяющее применять их к конкретным веществам. У. с. нельзя получить методами термодинамики, их определяют либо эксперимент, путём, либо выводят (для простейших объектов) методами статистической физики. Для идеального газа У. с. является Клапейрона уравнение, простейшим У. с. для реального газа — Ван-дер-Ваалъса уравнение.

Структура уравнения Ван-дер-Ваальса показывает, что за основу его было взято уравнение Клапейрона — pv = RT, а затем в него были внесены поправки на объем и внутреннее давление реальных газов.

Поправка а учитывает силы взаимного притяжения, или так называемое внутреннее давление газа. Ван-дер-Ваальс принял его равным а/ и2. Для сильно разреженных газов, когда удельный объем велик, а/и2< р, b < v, т. е. уравнение Ван-дер-Ваальса превращается в уравнение Клапейрона.

Г.П. Гладышев [2] показал, что дискретность строения природных структур позволяет выделить системы и подсистемы, а их поведение описать равновесными и неравновесными моделями. Это дает возможность сочетать подходы, основанные на классической термодинамике и термодинамике неравновесных систем. Такое сочетание получило название макротермодинамики, изучающей системы любого типа с использованием методов термостатики и неравновесной термодинамики. Классическая термодинамика (термостатика) не оперирует временем как параметром. Однако она имеет то преимущество, что использует термодинамический потенциал, обладающий высокой информативностью и характеризующий экстремальные свойства. Термодинамика необратимых процессов, наоборот, оперирует со временем, но требует для описания неравновесных процессов существенно большее число переменных по сравнению с соответствующим равновесным процессом, фиксируя свое внимание на эффектах неустойчивости.

Г.П. Гладышев [2] показал, что дискретность строения природных структур позволяет выделить системы и подсистемы, а их поведение описать равновесными и неравновесными моделями. Это дает возможность сочетать подходы, основанные на классической термодинамике и термодинамике неравновесных систем. Такое сочетание получило название макротермодинамики, изучающей системы любого типа с использованием методов термостатики и неравновесной термодинамики. Классическая термодинамика (термостатика) не оперирует временем как параметром. Однако она имеет то преимущество, что использует термодинамический потенциал, обладающий высокой информативностью и характеризующий экстремальные свойства. Термодинамика необратимых процессов, наоборот, оперирует со временем, но требует для описания неравновесных процессов существенно большее число переменных по сравнению с соответствующим равновесным процессом, фиксируя свое внимание на эффектах неустойчивости.

Здесь правая часть уравнения о[5] представляет собой скорость возникновения (производство) энтропии внутри области. Первый член левой части уравнения есть скорость прироста энтропии в данной области, а второй член левой части — скорость оттока энтропии из данной области. Из рассмотренного уравнения баланса энтропии следует принципиально важный вывод о том, что энтропия о[5] в отличие от общей массы и энергии может возникать в данной области. Причиной ее возникновения могут быть как физические (трение, релаксация), так и химические процессы. По определению Гленсдорфа и Пригожина, классическая термодинамика есть, в сущности, теория разрушения структур, а производство энтропии можно рассматривать как меру скорости этого разрушения [59]. Для открытых систем, какими являются пары трения, второй закон термодинамики может быть записан, согласно Пригожину, как

Для систем, близких к равновесным [22], экспериментально не было обнаружено никаких отклонений, но, поскольку термодинамика необратимых процессов развита не настолько, как классическая термодинамика равновесных систем, желательно иметь другое независимое доказательство свойств симметрии материала. Не обращаясь к термодинамике необратимых процессов, Шепери [87] доказал, что тензоры эффективных модулей и податливостей для композиционных материалов удовлетворяют условиям (16), если этим условиям удовлетворяют соответствующие тензоры для каждой фазы в отдельности.

Естественно поэтому рождение и развитие новой термодинамики — термодинамики необратимых процессов. И хотя в настоящее время она еще не так полно развита как классическая термодинамика, со временем эта наука должна стать макрофизической теорией всех физических и химических процессов.

«...Если учесть, что классическая термодинамика в соответствии с ее концепциями категорически отрицает возможность прямого преобразования тепла окружающей среды в работу, то установление возможности такого преобразования в пневматических (газовых) двигателях имеет большое принципиальное значение».

модельные представления (см., например, гл. 8). Но они обычно связаны с большим числом упрощающих допущений и дают тогда лишь первое приближение в расчетах. Поэтому в дополнение к мо-лекулярно-кинетическому способу описания явлений интенсивно разрабатывается феноменологический (термодинамический) метод. Как известно, термодинамический метод позволяет без углубления в механизм явления (может еще неизвестный), а на основании более общих принципов, подтвержденных опытом, делать важные выводы. Но при анализе вопросов динамики, например динамики частиц, мы обычно имеем дело с рассмотрением скоростей и сил. А классическая термодинамика изучает лишь равновесные состояния и бесконечно медленно протекающие процессы, т. е. ее правильнее было бы называть термостатикой; возможности приложения ее к изучению реальных процессов ограничены. Необходимо было закономерно ввести в термодинамику в качестве независимой переменной время— основной и совершенно необходимый для описания интенсивных процессов параметр.

Классическая термодинамика изучает лишь изолированные и закрытые системы, обратимые или равновесные процессы. Согласно законам классической термодинамики при всех процессах, происходящих в замкнутых системах, энтропия или возрастает (необратимые процессы), или остается постоянной (обратимые процессы). Продолжительное время считалось, что равновесная термодинамика является «началом и

Большинство изучаемых в природе термодинамических систем — открытые системы, т.е. способные обмениваться энергией с внешней средой. Классическая термодинамика рассматривает в основном равновесные состояния системы, в которых параметры не изменяются во времени. В открытых же системах реакции и соответствующие энергетические превращения происходят постоянно, поэтому нужно знать скорости трансформации энергии в каждый момент времени. Это значит, что в энергетических расчетах нужно учитывать фактор времени, для чего необходимо сочетать термодинамический и кинетический подходы к описанию свойств открытой системы. Проблема заключается в том, чтобы понять, как связано изменение энтропии с параметрами процессов в открытой системе и выяснить, можно ли предсказать общее направление необратимых процессов в открытой системе по изменению ее энтропии. Главная трудность при решении'этой проблемы состоит в том, что необходимо учитывать изменение всех термодинамических величин во времени непосредственно в ходе процессов в открытой системе.

Одним из основных представлений, развиваемых Пригожиным является понятие о негоэнтропии - энтропии, которую получает открытая система извне. Принцип Пригожина относится к одному из постулатов неравновесной термодинамики: в любой неравновесной системе существуют локальные участки, находящиеся в равновесном состоянии. В классической термодинамике равновесие относится ко всей системе, а в неравновесной - только к ее отдельным частям. Это означает, что термодинамические функции состояния зависят от координат системы и времени процесса. Классическая термодинамика игнорирует подобную зависимость. Важно подчеркнуть, что продолжительность внешнего воздействия те значительно превышает время элементарного процесса формирования равновесия' в отдельных частях системы т,, т.е. те»т,.

Классическая термодинамика рассматривает обратимые процессы лишь как некоторый предельный случай, нереализуемый в реальных системах, но полезный в качестве идеализированной модели для решения различных термодинамических задач.