Геохімія природних і техногенних ландшафтів, розгляд атмосфери як системи (відкрита,

В курсі механіки було введено поняття фізичної системи (системи тіл) для опису змін, в якій використовуються закони динаміки. Таку систему називають механічною системою. Коли крім законів механіки потрібно застосування законів термодинаміки, систему називають термодинамічної.

Необхідність використання цього поняття виникає, якщо число елементів системи (наприклад, число молекул газу) дуже велике, і рух окремих її елементів є мікроскопічним в порівнянні з рухом самої системи або її макроскопічних складових частин. При цьому термодинаміка описує макроскопічні руху (зміни макроскопічних станів) термодинамічної системи.

Параметри, що описують такий рух (зміни) термодинамічної системи, прийнято розділяти на зовнішні і внутрішні. Це розділення вельми умовно і залежить від конкретного завдання. Так, наприклад, газ в повітряній кулі з еластичною оболонкою в якості зовнішнього параметра має тиск навколишнього повітря, а для газу в посудині з жорсткою оболонкою зовнішнім параметром є обсяг, обмежений цією оболонкою.

У термодинамічної системи обсяг і тиск можуть змінюватися незалежно один від одного. Для теоретичного опису їх зміни необхідно введення як мінімум ще одного параметра - температури.

У більшості термодинамічних задач трьох параметрів досить для опису стану термодинамічної системи. У цьому випадку зміни в системі описуються за допомогою трьох термодинамічних координат, пов'язаних з відповідними термодинамічними параметрами.

Рівноважним станом (станом термодинамічної рівноваги) називається такий стан термодинамічної системи, в якому відсутні будь-які потоки (енергії, речовини, імпульсу і т.д. а макроскопічні параметри системи є сталими і не змінюються в часі.

Класична термодинаміка стверджує, що ізольована термодинамічна система (надана сама собі) прагне до стану термодинамічної рівноваги і після його досягнення не може мимовільно з нього вийти. Дане твердження часто називають нульовим початком термодинаміки.

Системи, що знаходяться в стані термодинамічної рівноваги, мають такі властивості.

Якщо дві термодинамічні системи, які мають тепловий контакт, знаходяться в стані термодинамічної рівноваги, то і сукупна термодинамічна система знаходиться в стані термодинамічної рівноваги.

Якщо будь-яка термодинамічна система знаходиться в термодинамічній рівновазі з двома іншими системами, то і ці дві системи знаходяться в термодинамічній рівновазі один з одним.

Далі, якщо не буде спеціально обумовлено, будуть розглядатися термодинамічні системи, що знаходяться в стані термодинамічної рівноваги. Описом систем, що знаходяться в нерівноважному стані, тобто в стані, коли мають місце макроскопічні потоки, займається нерівноважна термодинаміка, короткий виклад основних положень якої наведено в четвертій і шостій главах.

Перехід з одного термодинамічної стану в інше називається термодинамічним процесом. Нижче, якщо не буде особливо обумовлено, будуть розглядатися тільки квазістатичні процеси або, що те ж саме, квазірівноважні процеси. Граничним випадком квазірівноважного процесу є що відбувається нескінченно повільно рівноважний процес, що складається з безперервно наступних один за одним станів термодинамічної рівноваги.

Реально такий процес протікати не може, однак якщо макроскопічні зміни в системі відбуваються досить повільно (за проміжки часу, що значно перевищують час встановлення термодинамічної рівноваги), з'являється можливість апроксимувати реальний процес квазистатическим (квазірівноважної). Така апроксимація дозволяє проводити обчислення з досить високою точністю для великого класу практичних задач. Рівноважний процес є оборотним, тобто таким, при якому повернення до значень параметрів стану, які мали місце в попередній момент часу, повинно приводити термодинамічну систему в попередній стан без будь-яких змін в оточуючих систему тілах.

Практичне застосування квазірівноважних процесів в будь-яких технічних пристроях малоефективно. Так, використання в тепловій машині квазірівноважного процесу, наприклад, того, що відбувається при практично постійній температурі, неминуче призводить до того, що така машина буде працювати дуже повільно (в межі - нескінченно повільно) і мати дуже малу потужність. Тому на практиці квазірівноважні процеси в технічних пристроях не використовуються. Проте, так як передбачення рівноважної термодинаміки для реальних систем з досить високою точністю збігаються з експериментально отриманими для таких систем даними, то вона широко застосовується для розрахунку термодинамічних процесів в різних технічних пристроях.

Якщо в ході термодинамічної процесу система повертається в початковий стан, то такий процес називається круговим або циклічним. Кругові процеси, також як і будь-які інші термодинамічні процеси, можуть бути як рівноважними (а отже - оборотними), так і нерівновагими (необоротними). При оборотному круговому процесі після повернення термодинамічної системи в початковий стан в оточуючих її тілах не виникає ніяких термодинамічних збурень, і їх стану залишаються рівноважними. У цьому випадку зовнішні параметри системи після здійснення циклічного процесу повертаються до своїх початкових значень.

При незворотному круговому процесі після його завершення навколишні тіла переходять в нерівноважні стану і зовнішні параметри термодинамічної системи змінюються.

Відкрита система здійснює обмін енергією і матерією з навколишнім середовищем.

Замкнута система не обмінюється речовиною з навколишнім середовищем, але може обмінюватися енергією.

Ізольована система не може обмінюватися з навколишнім середовищем ні енергією, ні речовиною. Приклад ізольованої системи - термос, замкнутої - закрита пляшка з гарячим чаєм, відкритої - чай ​​в блюдечку.

Гроза - це атмосферне явище, що полягає в природному вирівнюванні різниці потенціалів, яке супроводжується утворенням електричних розрядів.