열역학 상태

Thermodynamic state

열역학에서 시스템열역학 상태는 특정 시간에서의 상태를 말합니다. 즉, 상태 변수, 상태 매개 변수 또는 열역학 변수라고 알려진 적절한 매개 변수 집합의 값에 의해 완전히 식별됩니다.이러한 일련의 열역학 변수 값이 시스템에 대해 지정되면 시스템의 모든 열역학 특성 값이 고유하게 결정됩니다.일반적으로 열역학 상태는 기본적으로 열역학 평형 상태 중 하나로 간주됩니다.즉, 상태는 특정 시간에 시스템의 상태일 뿐만 아니라 무기한 장기간에 걸쳐 변하지 않고 동일함을 의미합니다.

열역학은 정의와 공식의 형식적인 체계로 요약될 수 있는 이상적인 개념 구조를 설정한다.열역학 상태는 기본적 또는 원시적 객체 또는 개념에 속하며, 그 존재는 다른 [1][2][3]개념에서 파생되거나 구성되는 것이 아니라 일차적이고 확정적이다.

열역학 시스템은 단순한 물리적 [4]시스템이 아닙니다.오히려, 일반적으로, 무한히 많은 다른 물리적 시스템이 주어진 열역학 시스템을 구성합니다. 왜냐하면 일반적으로 물리적 시스템은 열역학 설명에서 언급된 것보다 훨씬 더 많은 미세한 특성을 가지고 있기 때문입니다.열역학적 시스템은 거시적인 물체이며, 그 미시적인 세부 사항은 열역학적 설명에서 명시적으로 고려되지 않습니다.열역학 상태를 지정하는 데 필요한 상태 변수의 수는 시스템에 따라 다르며, 실험 전에 항상 알 수 있는 것은 아닙니다. 대개 실험 증거를 통해 확인할 수 있습니다.숫자는 항상 2개 이상이며, 보통 12개 이하입니다.상태 변수의 수는 실험에 의해 고정되지만, 특정 편리한 설명을 위해 사용할 수 있는 선택지는 남아 있다. 주어진 열역학 시스템은 상태 변수 세트의 여러 가지 다른 선택에 의해 대체적으로 식별될 수 있다.선택은 일반적으로 시스템에 고려되어야 하는 열역학 프로세스와 관련된 벽과 주변 환경에 기초하여 이루어집니다.예를 들어 시스템의 열 전달을 고려하는 경우 시스템의 벽은 열에 대한 투과성이 있어야 하며, 그 벽은 일정한 시간 불변 온도를 [5][6]가진 주변 물체에 시스템을 연결해야 합니다.

평형 열역학의 경우, 시스템의 열역학적 상태에서, 그 내용은 내부 열역학적 평형에 있으며, 내부와 시스템 및 주변 사이의 모든 양의 흐름이 0입니다.플랑크에게 있어, 외부에서 가해지는 힘의 장이 없는 단상으로 구성된 시스템의 열역학 상태의 주요 특징은 공간적 [7]균질성이다.비균형 열역학의 경우, 적절한 식별 상태 변수 세트는 열역학 평형으로부터의 이탈을 나타내는 몇 가지 거시적 변수, 예를 들어 0이 아닌 온도 구배를 포함한다.이러한 평형 식별 상태 변수는 시스템 내에서 또는 시스템과 [8]주변 간에 0이 아닌 흐름이 발생할 수 있음을 나타냅니다.

상태 변수 및 상태 함수

열역학 시스템은 다양한 방법으로 식별되거나 설명될 수 있습니다.가장 직접적으로, 적절한 상태 변수 세트로 식별할 수 있습니다.덜 직접적으로, 상태 변수와 상태 함수를 포함하는 적절한 수량 집합으로 설명할 수 있다.

물질체의 열역학적 상태의 일차적 또는 원래의 식별은 직접 측정 가능한 통상적인 물리량에 의한 것이다.어떤 단순한 목적을 위해 주어진 화학 구성체의 경우, 그러한 양의 충분한 집합은 '용적과 압력'이다.

시스템의 원래 열역학 상태를 식별하는 직접 측정 가능한 일반적인 물리적 변수 외에도, 시스템은 상태 변수, 열역학 변수, 상태 양 또는 상태 함수라고도 하는 상태 함수라고 불리는 추가적인 양에 의해 특징지어집니다.이들은 원래 상태 변수에 의해 식별된 열역학 상태에 의해 고유하게 결정됩니다.그러한 상태 기능에는 많은 것이 있습니다.예를 들어 내부 에너지, 엔탈피, 헬름홀츠 자유 에너지, 깁스 자유 에너지, 열역학 온도, 엔트로피 등이 있습니다.주어진 물체에 대하여, 주어진 화학적 구성의 열역학 상태가 압력과 부피에 의해 완전히 정의되었을 때, 그 온도는 독특하게 결정된다.열역학적 온도는 특정한 열역학적 개념인 반면, 직접 측정 가능한 원래 상태 변수는 열역학적 개념을 고려하지 않고 일반적인 물리적 측정에 의해 정의됩니다. 따라서 열역학적 온도를 상태 함수로 간주하는 것이 유용합니다.

주어진 초기 열역학적 상태에서 열역학적 시스템 주어진 최종 열역학적 상태에 대한 어떤 열역학적 과정으로서 시스템과 환경 사이의 물질이나 에너지의 보통 이것은 전송으로 알려져 있다.어떠한 열역학적 과정에서 통과하는 동안, 아마도 중간 조건, 각각의 열역학적 상태 변수의 값의 전체 각각의 변화와 기말 초기 국가들에 달려 있습니다.이상화된 또는 준정적 지속적인 절차를 위해, 이것은 그러한 변수에 무한소의 점진적 변화들은 정확한 격차를 의미한다.함께, 그 프로세스와 마지막 초기 주 전역에서 점진적으로 증가하는 변화는 이상화된 과정을 결정하다.

가장 일반적으로 인용된 간단한 예에서 다음과 같이 4가지의 이상적인 가스, 열역학 변수를 해야 3변수:물질, 압력, 온도 및 음량의 양.그러므로 열역학적 상태 3차원 상태 공간에 걸쳐 분폴 것이다.나머지 변수뿐만 아니라 내부 에너지와 엔트로피와 같은 다른 수량, 이 세 변수의 주 기능으로 표현할 것이다.그 국정을 그리고 그 구체적인 시스템을 이루는 재료의 독특함을 하는 특정 세계적인 제약 조건, 열역학 법칙들에 표현되어 만족시켜 준다.

다양한 열역학적 도표 열역학적 국가 간의 전환을 위해 개발되었다.

평형 상태

물리적 시스템 자연 상태에서 발견하기가 사실상 항상 복잡하지만, 많은 경우에, 거시적 물리적 시스템 설명 이상적인 조건에 접근에 따라 받아들일 수 있습니다.한 그러한 이상적인 조건이 안정적인 평형 상태이다.이나 평형 고전 열역학의 한 열역학적 상태라고 불린다 지금 그런 상황은 원시적인 물체입니다.많은 관찰에 기초하여, 열역학처럼 독특한 안정적인 평형 상태에 접근하기는 외부 환경으로부터 격리된다 모든 시스템은 진화할 것이라고 가정한다.다른 물리적 변수에 대응하는 많은 다른 유형의 평형이 있으며, 시스템은 모든 관련 유형의 평형의 조건이 동시에 충족될 때 열역학적 평형에 도달한다.아래에는 몇 가지 다른 유형의 평형이 나열되어 있습니다.

  • 열평형:시스템 전체의 온도가 균일하면 시스템은 열평형 상태가 됩니다.
  • 기계적 평형:주어진 시스템 내의 모든 지점에서 시간에 따른 압력의 변화가 없고 재료의 움직임이 없는 경우 시스템은 기계적 평형 상태에 있습니다.
  • 위상 평형:이는 각 개별 위상의 질량이 시간에 따라 변하지 않는 값에 도달하는 경우에 발생합니다.
  • 화학적 평형:화학적 평형에서 시스템의 화학적 조성은 안정되어 있으며 시간에 따라 변화하지 않는다.

레퍼런스

  1. ^ 캘런, H.B.(1960/1985), 13페이지
  2. ^ 카라테오도리, C. (1909)
  3. ^ Marsland, R. III, Brown, H.R., Valente, G. (2015년)
  4. ^ 제인스, E.T. (1965), 397페이지
  5. ^ Prigogine, I., Defay, R.(1950/1954), 페이지 1.
  6. ^ 제망시, 워싱턴, 디트먼, R.H. (1937/1981), 페이지 6.
  7. ^ 플랑크, M., (1923/1927), 페이지 3.
  8. ^ Eu, B.C. (2002)

참고 문헌

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  • 캘런, H.B.(1960/1985년)열역학 온도조절개론, (1960년 제1판) 1985년 제2판, 뉴욕, Wiley, ISBN 0-471-86256-8.
  • Carathéodory, C. (1909). "Untersuchungen über die Grundlagen der Thermodynamik" (PDF). Mathematische Annalen. 67 (3): 355–386. doi:10.1007/BF01450409. 번역은 이쪽에서 찾을 수 있습니다.가장 신뢰할 수 있는 번역은 J. 케스틴(1976)에서 찾을 수 있다.열역학 제2법칙 다우든, 허친슨 & 로스, 스트라우즈버그 주
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  • Prigogine, I., Defay, R.(1950/1954).런던 Longmans, Green & Co, Chemical Thermodynamics.
  • 티자, L. (1966년)M.I.T. 출판사, 캠브리지 MA.의 Generalized Thermodynamics.
  • 노스캐롤라이나 주 디트먼 주 지망크시(1937/1981)열과 열역학. ISNM 0-07-072808-9, 뉴욕 McGraw-Hill Book Company, 중급 교과서, 6판.

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