Онлайн-курсы по термодинамике

Законы термодинамики – это основные принципы, описывающие поведение тепловых систем. Первый закон термодинамики, также называемый законом сохранения энергии, утверждает, что внутренняя энергия изолированной системы остается постоянной, если в нее не поступает или не выходит энергия в форме работы или теплоты. Второй закон термодинамики утверждает, что теплота не может самопроизвольно переходить из тела с более низкой температурой в тело с более высокой температурой без внешнего воздействия. Этот закон также связан с понятием энтропии, который утверждает, что в изолированной системе энтропия всегда стремится к максимуму, что означает увеличение беспорядка или неупорядоченности системы.

Термодинамический цикл – это последовательность термодинамических процессов, которые приводят систему из одного состояния в другое и затем возвращают ее в исходное состояние. Обычно в цикле происходит передача теплоты между системой и окружающей средой, а также выполнение работы. Примером термодинамического цикла является цикл Карно, который состоит из двух изохорических (постоянный объем) и двух изотермических (постоянная температура) процессов. В этом цикле газ или другая рабочая среда подвергается изменениям давления и температуры, что позволяет получить максимальную работу от данной системы.

Адиабатический процесс - это термодинамический процесс, в котором система изменяет своё состояние без обмена теплом с окружающей средой. В таком процессе изменение внутренней энергии системы происходит только за счет совершаемой работы или работы, совершаемой над системой, без какого-либо теплообмена. Это означает, что в адиабатическом процессе тепло не поступает в систему и не покидает её. Например, сжатие воздуха в поршневом компрессоре без теплообмена с окружающей средой - типичный пример адиабатического процесса.

Термодинамическое равновесие - это состояние системы, в котором не происходит ни изменения температуры, ни изменения других термодинамических параметров со временем при отсутствии внешних воздействий. Это означает, что система находится в статистическом состоянии наибольшей вероятности и остаётся в таком состоянии, если не подвергается воздействиям извне. В термодинамическом равновесии распределение энергии и частиц системы стабилизируется, и система не проявляет макроскопических изменений. Например, когда горячий объект перестаёт передавать тепло холодному, они достигают термодинамического равновесия, и их температуры выравниваются.

Термодинамический потенциал - это функция состояния системы в термодинамике, которая характеризует ее возможности для выполнения работы и передачи тепла внешней среде при заданных условиях. Различные термодинамические потенциалы используются для анализа различных аспектов системы в зависимости от задачи или условий. Например, внутренняя энергия, энтальпия, свободная энергия и термодинамический потенциал Гельмгольца - это некоторые из термодинамических потенциалов, каждый из которых имеет свои преимущества в различных ситуациях. Например, энтальпия широко используется в химических реакциях, а свободная энергия - в изучении равновесия и стабильности систем.

Термодинамическая система - это часть вселенной, которая выделена для анализа или изучения в контексте термодинамики. Она может быть реальной или воображаемой, но её границы определяются для удобства анализа тепловых и механических процессов. Термодинамическая система может включать в себя газы, жидкости, твёрдые тела или их комбинации, и она может быть открытой, закрытой или изолированной от окружающей среды в зависимости от того, может ли материал или энергия переходить через её границы.

Тепловое равновесие - это состояние системы, в котором нет ни чистого нагрева, ни охлаждения, и температура всех частей системы остается постоянной или изменяется одинаково со временем. Это означает, что нет ни нетто теплового потока в системе, ни изменения температуры между различными её частями. Такие системы находятся в состоянии статистического равновесия, когда распределение тепловой энергии достигает наиболее вероятного состояния.

Тепловой поток - это передача тепловой энергии от одной части системы к другой или между системой и её окружающей средой вследствие разницы температур. Этот процесс происходит всегда в направлении от объекта с более высокой температурой к объекту с более низкой температурой. Тепловой поток является важным аспектом термодинамики и играет ключевую роль в различных инженерных и естественных процессах, таких как теплообмен в технических системах, теплопроводность в материалах и теплоотдача в атмосфере.

Энтальпия - это термодинамическая функция состояния системы, которая характеризует общее количество тепла и работы, выполненной или полученной системой при постоянном давлении. Она обычно обозначается как H и выражается в джоулях (Дж). Энтальпия часто используется в химических и физических расчётах, особенно в контексте тепловых процессов, таких как реакции или фазовые переходы. Энтальпия определяется как сумма внутренней энергии системы и произведения ее давления на объём.