Контрольна поверхню, система та навколишнє середовище

Аналіз рівняння (31) дуже сильно полегшується, якщо ввести такі поняття, як контрольна поверхню, система та окру-колишнього середовища. Під контрольної розуміється якась замкнута поверхня. подумки оточує даний ансамбль. Поняття контрольної поверхні відіграє важливу роль, оскільки з її допомогою досліджуваний ансамбль відділяється від всіх інших ансамблів Всесвіту. Зрозуміло, таке відділення можна зробити тільки подумки, бо в реальних умовах все ан-самблі пов'язані один з одним речовиною взаємодії.

У термодинаміки даний ансамбль, обмежений контроль-ної поверхнею, прийнято називати системою. або тілом. АВСЕ, що знаходиться за межами контрольної поверхні, - навколишнім середовищем .Ізучая систему, ми маємо право не цікавитися властивостями довкілля. Навколишнє середовище має хвилювати нас тільки в тій мірі, в якій вона служить джерелом специфічних і універсальних впливів на систему. Такий підхід до вивчення ансамблю дуже плідний, тому ми будемо широко використовувати його в подальшому.

У загальному випадку система може складатися з одного ансамблю, сукупності багатьох ансамблів або навіть фрагмента окремих-ного ансамблю. При цьому система може належати будь-якій з кількісних рівнів світобудови: мікро-, макро-, мега- і тому подібним світів.

Відомі різні види специфічних і універсальних впливів навколишнього середовища на систему. Один з них заклю-чає в перенесенні через контрольну поверхню визначено-ного кількості речовини dE .Сам по собі процес перенесення говорить про наявність специфічного впливу. Але одночасним-аме відбувається робота dQ, що дорівнює добутку екстенсора dE на інтенсіал Р. Отже, перенесення речовини свідок-ствует також і про наявність універсального впливу. Процес перенесення порівняно легко виявляється, якщо спостеріга-дати за тим, що відбувається безпосередньо на контрольній поверхні.

Другий вид впливу пов'язаний з ефектом екранування речовинами один одного в межах системи. У стані екрані-вання і після порушення цього стану речовина веде себе по-різному, що істотно впливає на властивості системи. Припинення екранування у багатьох відношеннях одно-сильно появи в системі речовини. Наприклад, відпо-ціалу умови виникають, якщо нейтрон, в якому взаємно скомпенсовані (екрановані) позитивний і негативні-вальний електричні заряди, розпадається на протон і електрон-трон. При цьому в системі як би з'являються позитивне і негативне електричні речовини. З іншими вельми рас-рення прикладами екранування доведеться потовк-нуться в гл. XIII.

Дуже великий інтерес представляє також третій вид изме-нений екстенсора системи - за рахунок парена. Цей процес поки найменш досліджений, але йому належить велике майбутнє.

При вивченні та розрахунках другий і третій види впливів можуть бути зведені до першого шляхом відповідного вибору контрольної поверхні, системи та навколишнього середовища. При цьому екрановане речовина і речовина парена мислення відносяться до навколишнього середовища, хоча насправді вони знахо-дяться в межах системи. Порушення екранування і появле-ня речовини з парена умовно розглядаються як перенесення речовини через контрольну поверхню. Зі схожими умовах а-ними методами вибору контрольної поверхні, системи та навколишнього середовища доводиться стикатися також при изу-ченіі хімічних і фазових перетворень [17, с.303; 21, с.205].

Отже, в якості основного виду впливів окру-лишнього середовища на систему можна прийняти перший, який со-супроводжується перенесенням через контрольну поверхню ве-щества в кількості dE .Цей вид є найбільш загальним, до нього можуть бути зведені всі інші, тому нижче його вивчення приділяється найбільша увага.

Введення понять контрольної поверхні, системи та окру-лишнього середовища, а також встановлення основного виду впливів-ствий дозволяють дуже чітко позначити приналежність вели-чин, що містяться в рівнянні (31), тобто визначити, які з них відносяться до системи, які - до контрольної поверхні і навколишньому середовищу. Наприклад, цілком очевидно, що величина dU повинна належати системі, оскільки енергія визначає зв'язок між усіма речовинами, що утворюють сис-тему. У термодинаміки енергію U прийнято називати внутрен-неї. Однак в ВІД існує тільки одна енергія - міра, поетів-тому така конкретизація назви не має особливого сенсу.

На противагу енергії екстенсор dE відноситься до навколишнього середовища, бо в процесі взаємодії речовина в кількості dE переходить з навколишнього середовища в систему. Цей процес супроводжується вчиненням роботи dQ Працюючи робить навколишнє середовище над системою, тому величина dQ також належить навколишньому середовищу.

Отже, в цілому ліва частина рівняння (32), а зна-чит, і (31) відноситься до системи, а права - до навколишнього середовища. При цьому позитивному збільшенню величини екстенсора системи dE (переходу речовини з навколишнього середовища в систему) відповідає позитивна робота dQ (навколишнього середовища над системою) і позитивне прирощення (воз-растание) енергії dU системи. У цьому полягає правило знаків для енергії, роботи і екстенсора.

Необхідно відзначити, що в термодинаміки як якийсь виключення прийнято вважати так звану механи-чний роботу, пов'язану зі зміною обсягу системи. У цьому випадку позитивний приріст dU виходить при отри-цательного збільшенні обсягу dV. при здійсненні поклади-котельної роботи система стискається - її обсяг зменшується. Тому механічну роботу зазвичай записують у вигляді

де використано відоме позначення

Однак нижче в міру розшифровки фізичного сенсу введених понять стане ясно, що у всіх випадках поклади-тельному dU відповідають позитивні dQ і dE .Причина кажу-щегося виключення для механічних явищ укладена лише то в неадекватному способі традиційного вибору механічно-го екстенсора, тобто обсягу V (див. параграфи 2 і 4 гл. XV). До речі, на прикладі механічної роботи легко показати органічний зв'язок, який існує між рівняннями (28) і (43) і таким чином перекинути міст до загального рівняння (34). Для цього достатньо звернутися до рис. 1, де зображена система, яка змінила свій обсяг на величину dV під дією тиску р; площа контрольної поверх-ності дорівнює F.

Рис.1. Схема для визначення зв'язку між формулами (28) і (43).

Тут знак мінус опущений (розглядається абсолютне значе-ня роботи); тиск р. рівномірно розподілене по пло-щади F, виражено через силу Рх; приріст обсягу dV, відне-Сінне до площі, дає переміщення контрольної поверхні на відстань dx [ТРП, стр.99-102].