ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Свойства и состояние системы. Уравнения состояния и виды систем из "Термодинамика необратимых физико-химических процессов" Характер изменений, происходящих во взаимодействующих объектах, существенно зависит от интенсивности процессов переноса обобщенных координат от одного из них к другому. Например, объекты, сохраняющие свою однородность при малых скоростях переноса обобщенных координат через их границы, могут стать неоднородными с возрастанием скоростей переноса. Поэтому важно как с теоретической, так и с практической точек зрения располагать средствами регулирования интенсивности взаимодействий между объектами. Такие средства известны под названием вентилей. Каждому виду взаимодействия соответствует свой вентиль. Однако вследствие эффектов увлечения одних обобщенных координат другими, каждый вентиль, исполняя функции регулятора скорости переноса соответствующей ему обобщенной координаты, одновременно изменяет скорость переноса всякой другой обобщенной координаты, увлекаемой данной. Отсюда следует, что лишь в случае обобщенных координат, не обладающих способностью увлекать другие, вентили позволяют регулировать интенсивности соответствующих им видов взаимодействий, не вмешиваясь во взаимодействия других видов. [c.31] Обратимся к вентилям для конкретных видов взаимодействий — механического, термического, массового и электрического. [c.31] Механический вентиль, благодаря тому что объем не увлекает другие обобщенные координаты, обеспечивает регулирование интенсивности только механического взаимодействия, не касаясь других видов взаимодействий. Его примером является поршень в цилиндре, снабженный регулируемым тормозным устройством. [c.31] Термический вентиль, ввиду того что перенос энтропии происходит без увлечения других обобщенных координат, позволяет регулировать интенсивность только термического взаимодействия, не затрагивай другие виды взаимодействий. В его роли может выступать, например, набор взаимозаменяемых пластин, обладающих разной энтропиепроводиостью за счет различий в их природе, толщине и других свойствах. [c.31] Массовый вентиль по какому-нибудь электронейтральному компоненту в силу эффекта увлечения энтропии массой этого компонента помимо интенсивности массового взаимодействия по данному компоненту изменяет также интенсивность термического взаимодействия. В случае электрически заряженного компонента массовый вентиль обладает, кроме того, способностью изменять интенсивность электрического взаимодействия по этому компоненту, что связано с эффектом увлечения электрического заряда данного компонента его массой. Примером того и другого вентилей может служить набор взаимозаменяемых мембран, проницаемых только для одного из компонентов и имеющих разную массопроводность по этому компоненту из-за различий в их толщине, фильтрующей площади и других свойствах. [c.31] Электрический вентиль по какому-нибудь электрозаряженному компоненту, благодаря эффектам увлечения массы того же компонента и энтропии электрическим зарядом, изменяет интенсивность не только электрического, но и массового взаимодействий с участием этого компонента, а также термического взаимодействия. Как видно, массовый и электрический вентили по одному и тому же электрически заряженному компоненту по характеру их действия на обобщенные координаты практически совпадают друг с другом, что объясняется жесткой связью между массой и электрическим зарядом компонента. [c.31] Вентили в сочетании с изоляциями образуют арсенал средств, с помощью которых производится управление процессами переноса обобщенных координат от одного объекта к другому. Практически это делается путем разделения взаимодействующих объектов разного рода изолирующими оболочками (перегородками, стенками), снабженными различными вентилями. Реальные изоляции и вентили относятся к числу устройств, которые способны сохранять на заданном уровне свои проводимости, изменяя прочие свойства под воздействием соседних с ними объектов. Поэтому при анализе взаимодействий между системой и окружающей средой или любыми другими объектами следует учитывать все изменения, происходящие в изоляциях и вентилях. [c.32] Множество всех свойств системы определяет ее состояние. Данное утверждение следует понимать в том смысле, что состояние системы нельзя определить иначе, как через ее свойства. Между свойствами и состоянием системы имеет место взаимно однозначное соответствие такое, что каждой совокупности значений всех свойств системы в какой-нибудь момент времени отвечает одно вполне определенное состояние и, наоборот, каждому состоянию системы соответствует единственная вполне определенная совокупность значений ее свойств. [c.32] Однако нет необходимости указывать значения всех многочисленных свойств системы, чтобы задать ее состояние, поскольку между свойствами имеются устойчивые функциональные зависимости. Задача состоит лишь в выборе свойств, которым принадлежит главная роль в определении состояния системы. Такими свойствами являются плотности обобщенных координат. Предполагается, что состояние любой системы в тот или иной момент времени полностью определяется ее пространственной конфигурацией, задаваемой уравнением контрольной поверхности (1.3.8), и полями плотностей обобщенных координат дт(У) п(т= 1,. .., М). [c.32] Качественное своеобразие систем проявляется через их локальные уравнения состояния (1.12.1). Если вид этих уравнений не меняется при переходе от точки к точке, то система представляет собой однообразный объект. В противном случае она является многообразным объектом. Совокупность точек или областей системы, характеризующихся одними и теми же локальными уравнениями состояния, называется ее фазой. Очевидно, что однообразные системы являются однофазными, а многообразные системы — многофазными. Понятие фазы впервые введено Гиббсом [28]. Подробное обсуждение этого понятия содержится в монографии [29]. [c.33] Множество однофазных систем по характеру полей плотностей обобщенных координат распадается на класс однородных систем и класс неоднородных непрерывных или просто непрерывных систем. К первому из них принадлежат однофазные системы с однородными, а ко второму — с неоднородными, но непрерывно дифференцируемыми на всем множестве точек полями плотностей обобщенных координат. В силу уравнений состояния (1.12.1), у однородных систем поля всех интенсивных свойств однородны, тогда как у непрерывных систем среди таких полей обязательно имеются неоднородные, но непрерывно дифференцируемые на всем множестве точек. [c.33] Отсюда следует, что состояние однородной системы без учета ее формы можно установить либо по объему и плотностям остальных обобщенных координат, либо по обобщенным координатам, включая объем. [c.34] Теперь легко видеть, что у однородных систем интенсивные свойства I являются однородными функциями нулевой степени от обобщенных координат, а экстенсивные свойства Е — однородными функциями первой степени от тех же аргументов (определение однородных функций см., например, в справочнике [30]). Следовательно, в случае однородных систем при одновременном изменении всех обобщенных координат в некоторое число раз интенсивные свойства / сохраняют свои значения, а экстенсивные свойства Е изменяются во столько же раз. [c.34] Качественное своеобразие фаз проявляется не только в различии их уравнений состояния, но и в том, что они обладают разными значениями полей плотностей обобщенных координат и многих других интенсивных свойств. По этой причине многофазные системы часто называют неоднородными прерывными, или гетерогенными, системами. Если бы сосуществующие фазы не оказывали друг на друга никакого влияния, то при переходе от одной из них к другой наблюдалось бы скачкообразное изменение полей плотностей обобщенных координат. В действительности наблюдается более сложная картина. Любая фаза оказывает на соседние с ней фазы возмущающее действие посредством молекулярных сил, вследствие чего между фазами возникают переходные, или пограничные, слои небольшой толщины (называемые также естественными границами раздела фаз, поверхностными слоями), существенно отличающиеся по свойствам от прилегающих к ним фаз. Их обычно выделяют в самостоятельные макроскопические области системы со своими уравнениями состояния [31]. [c.35] В случае обычных (недисперсных) систем, а также дисперсных систем с низкой степенью раздробленности фаз пограничные слои между фазами вносят, как правило, незначительный вклад в каждую обобщенную координату и каждое другое экстенсивное свойство всей системы, т. е. [c.36] Вернуться к основной статье