Равновесная термодинамика

Равновесная термодинамика — это систематическое изучение преобразований вещества и энергии в системах с точки зрения концепции, называемой термодинамическим равновесием . Слово «равновесие» подразумевает состояние равновесия. Равновесная термодинамика по своей сути происходит из анализа цикла Карно . Здесь обычно система, такая как цилиндр с газом, первоначально находящаяся в собственном состоянии внутреннего термодинамического равновесия, выводится из равновесия из-за подвода тепла от реакции горения . Затем, через ряд шагов, когда система приходит в состояние окончательного равновесия, работа извлекается.

В состоянии равновесия потенциалы или движущие силы внутри системы находятся в точном равновесии. Основная цель равновесной термодинамики состоит в том, чтобы, учитывая систему, находящуюся в четко определенном начальном состоянии термодинамического равновесия , с учетом точно заданных ограничений, рассчитать, когда ограничения изменяются в результате внешнего вмешательства. каким будет состояние системы, как только он достигнет нового равновесия. Состояние равновесия математически устанавливается путем поиска экстремумов термодинамической потенциальной функции, природа которой зависит от ограничений, налагаемых на систему. Например, химическая реакция при постоянной температуре и давлении достигнет равновесия при минимуме свободной энергии Гиббса ее компонентов и максимуме их энтропии .

Равновесная термодинамика отличается от неравновесной термодинамики тем, что в последней состояние исследуемой системы обычно не будет однородным, а будет локально меняться в зависимости от распределения энергии, энтропии и температуры, поскольку градиенты накладываются диссипативными термодинамическими потоками. . В равновесной термодинамике, напротив, состояние системы будет считаться однородным во всем, макроскопически определяемым такими величинами, как температура, давление или объем. Системы изучаются с точки зрения перехода от одного состояния равновесия к другому; такое изменение называется термодинамическим процессом .

Геометрия Руппейнера — это тип информационной геометрии, используемый для изучения термодинамики. Он утверждает, что термодинамические системы могут быть представлены римановой геометрией и что статистические свойства могут быть получены из модели. Эта геометрическая модель основана на идее о том, что существуют состояния равновесия, которые могут быть представлены точками на двумерной поверхности, и расстояние между этими состояниями равновесия связано с колебаниями между ними.

См. также

• Неравновесная термодинамика
• Термодинамика

Ссылки

• Адкинс, CJ (1983). Равновесная термодинамика, 3-е изд . Кембридж: Издательство Кембриджского университета.
• Сенгель Ю. и Болес М. (2002). Термодинамика – инженерный подход, 4-е изд. (учебник). Нью-Йорк: МакГроу Хилл.
• Кондепуди Д. и Пригожин И. (2004). Современная термодинамика – от тепловых двигателей к диссипативным структурам (учебник). Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья.
• Перро, П. (1998). От А до Я термодинамики (словарь). Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета.