Термодинамической системой называют совокупность тел, которая фактически или мысленно выделяется из окружающей среды.

В зависимости от характера взаимодействия с окружающей средой термодинамические системы подразделяют на:

1. Изолированные.

2. Закрытые.

3. Открытые.

Изолированные – системы, лишенные возможности обмена с окружающей средой веществом и энергией, имеющие постоянный объем.

Близким по свойствам к изолированной системе является

закрытый термос с горячим чаем.

Закрытые – системы, лишенные возможности обмена с окружающей средой веществом, но имеющие возможность обмениваться с ней энергией и не обязательно сохраняющие постоянный объем. Пример: электрическая лампочка.

Открытые– системы, имеющие возможность обмена с окружающей средой веществом и энергией, а также способные изменять свой объем. Пример: живые организмы.

По пространственному распределению свойств внутри системы различают: гомогенные и гетерогенные системы.

1. Гомогенные системы - это системы, внутри которых нет поверхностей раздела, отделяющих друг от друга части системы, различающиеся по свойствам. Например: раствор в воде поваренной соли.

2. Гетерогенные системы - это системы, внутри которых есть поверхности раздела, отделяющие друг от друга части системы (фазы), различающиеся по свойствам. Например: налитая в бокал газированная вода, в ней имеется как жидкая фаза, так и пузырьки выделяющегося углекислого газа.

Состояние системыв термодинамике задается совокупностью измеримых физических величин, называемых параметрами состояния. Это, например, объем, давление, температура, концентрация…

Уравнения, связывающие параметры состояния системы называются уравнениями состояния.

Например,уравнением состояния для идеального газа является уравнение Клапейрона-Менделеева:

PV = nRT

P- давление, Па;

V – объем, м³;

n – количество вещества, моль;

R – универсальная газовая постоянная, 8, 314 Дж/моль К;

T – температура, градусы Кельвина.

Легко запомнить численное значение R: 8 + три первые цифры числа π: 8, 314.

Чтобы легко запомнить размерность универсальной газовой постоянной нужно знать ее физический смысл – это работа, которую производит 1 моль идеального газа, расширяясь при нагревании на один градус Кельвина, отсюда размерность Дж/моль·К.

Всякое изменение, происходящее в системе и сопровождающееся изменением хотя бы одного из параметров состояния, называется термодинамическим процессом или кратко, процессом.

Термодинамическим параметромпроцесса называется термодинамическая величина, служащая для характеристики процесса (внутренняя энергия, тепловой эффект реакции и т.д.).

Конечное изменение какого-либо термодинамического параметра процесса обозначается Δx = x₂ - x₁, где = x₂ – значение данного параметра в конце, а x₁ – в начале процесса.

Бесконечно малые изменения обозначаются: (дельта) δx или dx.

Те термодинамические параметры процесса, которые зависят только от состояния системы, называются функциями состояния, и их изменение в каком-либо процессе зависит только он начального и конечного состояния системы и не зависит от пути этого изменения.

С математической точки зренияфункция состояния системыэто:f(P, V, T…).

Процесс, при котором термодинамическая система, выйдя из начального состояния и претерпев ряд изменений, возвращается в исходное состояние, называется круговым. При этом все значения параметров состояния системы (температура, давление, концентрации…) возвращаются к исходным значениям. Отсюда для кругового процесса для всех функций состояния системы:

Δx = x₂ - x₁ = 0

Важнейшей функцией состояния системы является внутренняя энергия. Понятие внутренней энергии было сформулировано на основании многочисленных опытов и наблюдений за взаимными превращениями теплоты и работы. Немецкий ученый Рудольф Клаузиус (1822-1888) обобщил эти наблюдения в принципе эквивалентности теплоты и работы (1850 г.):

«Во всех случаях круговых процессов, когда из теплоты появляется работа, тратится пропорциональное полученной работе количество тепла, и, наоборот, при затрате той же работы получается то же количества тепла».

Математически: Q = W или Q – W=0

Но это значит, что Q – W не изменяется в круговом процессе и, следовательно, является функцией состояния системы, получившей название внутренней энергии и обозначаемой U.

Принцип эквивалентности теплоты и работы получил название первого закона термодинамики и сегодня формулируется следующим образом: