ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Некоторые виды взаимодействий между объектами из "Термодинамика необратимых физико-химических процессов" При описании конкретных систем нет необходимости учитывать все возможные (мыслимые) виды взаимодействий между системой и ее окружением или же между отдельными частями системы, тем более, что число их остается неопределенным. Достаточно включить в рассмотрение лишь те виды взаимодействий, которые представляют наибольший интерес в плане решаемой проблемы. В дальнейшем нам чаще всего придется иметь дело с механическим, тепловым, массовым и электрическим взаимодействиями между объектами. Дадим краткую характеристику перечисленным взаимодействиям с указанием соответствующих обобщенных координат и потенциалов. [c.20] Механическое взаимодействие. Этим термином обычно называют деформационное взаимодействие между объектами, выражающееся в сжатии одного из них и расширении другого. Обобщенной координатой для него служит объем V, что позволяет толковать данное взаимодействие как перенос объема от одного объекта к другому. Объему присущи все признаки обобщенных координат, зафиксированные в уравнениях (1.4.1)—(1.4.15). Важнейшие из них, такие как аддитивность и сохраняемость, хорошо известны из опыта. [c.20] Термическое взаимодействие. Роль обобщенной координаты данного вида взаимодействия играет энтропия 5. Таким образом, термическое взаимодействие между объектами выражается в переносе энтропии от одного объекта к другому. [c.20] Энтропия принадлежит к неизмеряемым на опыте свойствам объектов. Однако это не умаляет ее достоинств и не дает ей каких-либо преимуществ перед другими обобщенными координатами. Значительно более существенной отличительной чертой энтропии, ставящей ее в особое положение среди остальных обобщенных координат, является способность изменяться за счет процессов внутри объекта, к которому она принадлежит. В разд. 1.4 мы уже обращали внимание на эту характерную особенность энтропии и на то, что благодаря ей энтропия не подчиняется законам сохранения, выраженным равенствами (1.4.1) и (1.4.3). Во всех других отношениях она ведет себя подобно остальным обобщенным координатам. [c.21] В качестве обобщенного потенциала термического взаимодействия выступает температура Т. Она принадлежит к измеряемым на опыте величинам и обладает всеми признаками обобщенных потенциалов. По отношению к ней неравенство (1.6.3) или (1.6.7) следует рассматривать как необходимое условие самопроизвольного переноса энтропии от одного объекта к другому, а равенство (1.6.5) или (1.6.8) — как условие отсутствия такого переноса. [c.21] Выступая в роли сопряженных свойств термического взаимодействия, энтропия и температура проявляют себя только в одной из двух своих форм, причем самопроизвольный перенос энтропии происходит в сторону убывания абсолютной величины температуры. Следовательно, оба эти свойства выступают в одинаковой форме либо положительной, либо отрицательной. Как отмечалось ранее, в этом случае предпочтение отдается положительной форме. Таким образом, энтропия и температура суть положительные величины. [c.21] Массовое взаимодействие. Оно известно также под названием массообмена. Этот вид взаимодействия между объектами выражается в переносе массы от одного из них к другому. Таким образом, обобщенной координатой массового взаимодействия является масса т. К ней в полной мере приложимы общие уравнения (1.4.1)—(1.4.15), характеризующие важнейшие свойства обобщенных координат. Она относится к измеряемым на опыте свойствам объектов. Ее аддитивность и сохраняемость имеют надежное экспериментальное подтверждение. [c.21] Но этим не исчерпывается вопрос о координате массового взаимодействия. Дело в том, что масса жестко связана с ее носителями— частицами компонентов или субкомпонентов, из которых состоят взаимодействующие объекты. Вследствие этого передача массы от одного объекта к другому, в отличие от передачи объема и энтропии, невозможна без переноса каких-либо частиц через разделяющую объекты границу. При массообмене между системой и окружающей средой, а также между областями системы носителями массы служат частицы, лежащие в основе деления данных объектов на компоненты. Характерно, что каждый компонент ведет себя как независимый участник массообмена. [c.21] В системе, где кроме химического превращения никакие иные процессы, ведущие к преобразованию одних компонентов в другие (например процессы распада ядер), не совершаются, приращение di/n связано только с химическим превращением. Если же и оно отсутствует, то = 0. [c.22] Равенство (1.8.7) свидетельствует о том, что химическое превращение не изменяет общей массы системы оно приводит лишь к ее перераспределению между компонентами. [c.22] Согласно равенству (1.8.3), масса любого компонента прямо пропорциональна его числу молей, причем коэффициентом пропорциональности служит мольная масса данного компонента. Благодаря этому имеется возможность использовать в термодинамических уравнениях вместо масс компонентов их числа молей. Такая замена во многих случаях оказывается полезной. Однако следует иметь в виду, что масса и число молей это качественно разные понятия. [c.22] Особенно ярко различие между ними проявляется в их способностях к сохранению. Общее число молей компонентов п, в противоположность их общей массе т, не обладает способностью оставаться неизменным в изолированной системе. [c.23] Как независимый участник массового взаимодействия каждый компонент к помимо массы т характеризуется еще массовым потенциалом р. (.,уд называемым часто удельным химическим потенциалом. Подобно энтропии, массовые потенциалы компонентов принадлежат к неизмеряемым на опыте свойствам объектов. Они обладают всеми признаками обобщенных потенциалов. Применительно к любому из них неравенство (1.6.3) или (1,6.7) приобретает смысл необходимого условия самопроизвольного переноса массы соответствующего компонента от одного объекта к другому, а равенство (1,6.5) или (1.6.8) — условия отсутствия такого переноса. [c.23] Масса /с-го компонента и его массовый потенциал как сопряженные свойства массового взаимодействия по данному компоненту проявляют себя лишь в одной из своих форм. Самопроизвольный перенос массы компонента к происходит всегда в сторону убывания абсолютной величины соответствующего массового потенциала. Эти факты с учетом правила переноса означают, что форма у обоих свойств одинакова. Отдавая предпочтение положительной форме, заключаем, что масса и массовый потенциал компонента к являются положительными величинами. [c.23] Электрическое взаимодействие. Под этим взаимодействием между объектами подразумевается перенос электрического заряда от одного объекта к другому. Следовательно, свойством объектов, играющим роль обобщенной координаты данного взаимодействия, является электрический заряд д. Он является измеряемой на опыте величиной и обладает всеми признаками обобщенных координат, количественная сторона которых отражена в уравнениях (1.4.1)—(1.4.15). Его аддитивность и сохраняемость подтверждены всеми без исключения наблюдениями, проводившимися до сих пор. [c.23] Среди известных обобщенных координат электрический заряд является единственной, которая проявляет себя в двух формах — положительной и отрицательной. Кроме того, он отчетливо обнаруживает свою дискретность, состоящую в том, что электрический заряд любого материального объекта является кратным некоторой постоянной величине е, получившей название элементарного электрического заряда или кванта заряда. Как показывает опыт, абсолютные величины разноименных элементарных зарядов равны, т. е. е+ I = е . По данным [27 ], это равенство выполняется с фантастической точностью — до 10 е . [c.23] Как видно, процессы внутри системы, включая химическое превращение, способны привести лишь к перераспределению электрического заряда между компонентами, не изменяя его величины. [c.25] Электрический потенциал относится к измеряемым на опыте свойствам. Среди известных обобщенных потенциалов он является единственным, выступающим в двух противоположных формах — положительной и отрицательной. Таким образом, оба сопряженных свойства электрического взаимодействия могут принимать как положительные, так и отрицательные значения, а также быть равными нулю. [c.25] Вернуться к основной статье