Потенциал.
В любой реальной системе при ее взаимодействии с внешней средой потенциалом называется такой параметр, разность значений которого в системе и внешней среде является первопричиной взаимодействия.
Иными словами, разность потенциалов – необходимое условие взаимодействия (и любого рода энергообмена или массообмена).
Необходимым условием деформации (изменения геометрии и формы рабочего тела) является разность давлений р внутри и вне системы, других причин для деформации объема просто нет. В гидравлике (текучие рабочие тела) эта же разность давлений является причиной движения жидких сред.
Необходимым условием термического взаимодействия системы с внешней средой является разность температур Т внутри и вне системы
Вообще, разность значений внешнего Ре и внутреннего Р потенциала можно назвать «движущей силой».
Итак, -р (минус) – потенциал деформационного взаимодействия. Причина появления минуса рассматривается далее.
Т – потенциал термического взаимодействия.
По определению, давлением р называется отношение силы воздействия к площади поверхности действия силы:
р = f / s, [f] = н (ньютон), [s] = м2. [p] = н/м2. [T] = К (Кельвин). (1.1)
Координата состояния.
Координатой состояния называется такой параметр состояния, который обязательно изменяется при данном роде взаимодействия.
Иными словами, изменение координаты состояния является достаточным условием взаимодействия (т.е. энергообмена или массообмена) системы с внешней средой.
Поиском конкретного вида таких параметров – координат занимается экспериментальная и теоретическая физика в ее различных разделах. Для механического деформационного взаимодействия координатой являются: длина – при линейном воздействии (растягивание пружины, например), площадь – при поверхностном воздействии (выдувании пузырей, например), объем – при воздействии на трехмерное тело, масса – при химическом взаимодействии двух или более веществ (убывание исходных веществ и увеличение количества продуктов реакции).
Для деформационного взаимодействия координатой состояния является геометрический объем V м3, поверхность S м2 или протяженность l м конкретного тела (вещества). Однако геометрические характеристики объема м3, поверхности м2 или длины м ничего кроме абсолютного значения (количества) не дают. Подобные количественные характеристики не могут относиться к параметрам состояния системы (поэтому называются экстенсивными величинами). Для рабочего тела в обобщенном виде параметром состояния, т.е. характеристикой последнего, служит удельное значение геометрической характеристики: удельного объема, т.е. геометрического объема, отнесенного к массе m кг рабочего тела, помещенного в объем V:
v = V / m, м3 / кг (1.2)
Заметим здесь же, что удельный объем вещества в термодинамической системе очень просто
связан с плотностью ρ среды, которая почему-то более привычна студентам: v ≡ 1 / ρ; ρ ≡ 1/ v кг/м3 (1.3)
Плотность вещества и его удельный объем просто обратно пропорциональны, т.е. vρ = 1.
Термическая координата состояния и ее экстенсивная величина носит название энтропия, обозначается буквой S, имеет размерность дж/К, а параметром состояния рассматривается удельное значение энтропии, относящееся к интенсивным величинам (характеристикам), оно обозначается буквой s:
s = S / m, дж / кг К (1.4)
Энтропия рабочего тела – такая же физическая величина, как хорошо знакомые давление, объем, температура. Энтропию также можно измерять в специальном эксперименте или рассчитывать по некоторой методике. Исторически энтропия была введена немецким термодинамиком Клаузиусом аналитическим анализом термодинамических взаимодействий.
Еще и еще раз подчеркнем: координата состояния данного рода взаимодействия никогда не изменяется, если отсутствует этот род взаимодействия.