Процес(Лат. processus– просування) – послідовна зміна у часі явищ, подій, станів, чи безліч послідовних дій, вкладених у досягнення якого – чи кінцевого результату (мети).

Змінні(координати) процесу– це найбільш суттєві параметри, що характеризують стан процесу та змінюють свої значення у часі: (xi(t)) = X(t).

Стан процесуу момент часу tk - це безліч значень змінних у цей момент часу: (xi(tk)), де tk ∈T, T – безліч моментів часу

У кожен момент часу t∈T система S отримує деяку множину вхідних впливів U(t) і породжує деяку вихідну величину Y(t). У випадку значення вихідний величини системи залежить як від поточного значення вхідного впливу, і від передісторії цього впливу.(Наприклад, система в момент впливу була або в стані спокою, або перебувала в русі через дії попередніх вхідних величин). Щоб не розрізняти ці два випадки, краще говорити, що значення вихідної величини y(t) системи S залежить від стану системи. Стан системи описується системою рівнянь

Стан системи– це є певна (внутрішня) характеристика системи (xi) , значення якої у час визначає поточне значення вихідний величини (Yj) і впливає її майбутнє.

При цьому знання стану x(t₁) та відрізка вхідних впливів ω=ω(t₁,t₂) має бути необхідним та достатнімумовою, що дозволяє визначити стан x(t₂) = ϕ(t₂;t₁,x(t₁),ω) щоразу, коли t₁

Пара (τ, x), де τ∈Т і x∈X називається подією/ Фазою / системи.

Безліч T х X – простір подій/фазовий простір/системи.

Іноді фазовий простір називається простором станів.Перехідна функція станів (її графік у просторі подій) називається кількома еквівалентними термінами: рухом, траєкторією, орбітою, потоком, розв'язком диференціального рівняння, кривою розв'язання тощо. Говорять, що вхідний вплив (або управління ω) перекладає (переносить, змінює, перетворює) стан x(t 1)/або подія (t 1 , x)/ в стан x(t 2) = j(t 2 ; t 1 , x(t 1), ω) /або в подію (t 2 ,ϕ(t 2 ; t 1 , x(t 1), ω)) /. Говорячи про рух системи S ,мають на увазі функцію стану ϕ.

Системоютіл або просто системою називається сукупність тіл, що розглядаються. Прикладом системи може бути рідина і пар, що знаходиться в рівновазі з нею. Зокрема система може складатися з одного тіла.

Будь-яка система може перебувати в різних станах, що відрізняються температурою, тиском, об'ємом і т. д. Подібні величини, що характеризують стан системи, називаються параметрами станів.

Не завжди будь-який параметр має певне значення. Якщо, наприклад, температура у різних точках тіла неоднакова, то тілу не можна приписати певне значення параметра Т. У цьому випадку станназивається нерівноважним. Якщо таке тіло ізолювати від інших тіл і надати собі, то температура прийме однакове всім точок значення Т – тіло перейде у рівноважний стан. Це значення Т не змінюється доти, доки тіло не буде виведено з рівноважного стану впливом ззовні.

Те саме може мати місце і для інших параметрів, наприклад для тиску р. Якщо взяти газ, укладений у циліндричній посудині, закритій щільно пригнаним поршнем, і почати швидко всунути поршень, то під ним утворюється газова подушка, тиск в якій буде більшим, ніж в іншому обсязі газу. Отже, газ у цьому випадку не може бути охарактеризований певним значенням тиску р і стан його буде нерівноважним. Однак якщо припинити переміщення поршня, тиск у різних точках об'єму вирівняється і газ перейде в рівноважний стан.

Отже, рівноважним станом системиназивається такий стан, при якому всі параметри системи мають певні значення, що залишаються при незмінних зовнішніх умовах постійними як завгодно довго.

Якщо по координатним осям відкладати значення якихось двох параметрів, то будь-який рівноважний стан системи може бути зображено точкою на цьому графіку

(Див., Наприклад, точку 1 на рис. 212). Нерівноважний стан не може бути зображений таким способом, тому що хоча б один із параметрів не матиме в нерівноважному стані певного значення.

Будь-який процес, т. е. перехід системи з одного стану до іншого, пов'язані з порушенням рівноваги системи. Отже, при перебігу у системі будь-якого процесу вона проходить через послідовність нерівноважних станів. Звертаючись до вже розглянутого процесу стиснення газу в посудині, закритому поршнем, можна зробити висновок, що порушення рівноваги при всуванні поршня тим значніше, чим швидше виробляється стиск газу. Якщо всувати поршень дуже повільно, то рівновага порушується незначно і тиск у різних точках мало відрізняється від деякого середнього значення р. У межі, якщо стиск газу відбувається нескінченно повільно, газ у кожний момент часу характеризуватиметься певним значенням тиску. Отже, в цьому випадку стан газу в кожен момент часу є рівноважним і нескінченно повільний процес буде складатися з послідовності рівноважних станів.

Процес , Що складається з безперервної послідовності рівноважних станів, називається рівноважним . Зі сказаного випливає, що рівноважним може бути лише нескінченно повільний процес, тому рівноважний процес є абстракцією.

Рівноважний процес може бути зображений на графіку відповідної кривої (рис.). Нерівноважні процеси умовно зображуються кривими пунктирними.

Поняття рівноважного стану та рівноважного процесу відіграють велику роль у термодинаміці. Всі кількісні висновки термодинаміки суворо застосовуються тільки до рівноважних процесів.

Біомедична значимість теми

Термодинаміка є розділом фізичної хімії, що вивчає будь-які макроскопічні системи, зміни стану яких пов'язано з передачею енергії у формі теплоти та роботи.

Хімічна термодинаміка є теоретичною основою біоенергетики – науки про перетворення енергії в живих організмах та специфічні особливості перетворення одних видів енергії на інші в процесі життєдіяльності. У живому організмі існує тісний взаємозв'язок між процесами обміну речовин та енергії. Обмін речовин є джерелом енергії всіх процесів. Здійснення будь-яких фізіологічних функцій (рух, підтримання сталості температури тіла, виділення травних соків, синтез в організмі різних складних речовин із простих і т.п.) потребує витрати енергії. Джерелом всіх видів енергії в організмі є поживні речовини (білки, жири, вуглеводи), потенційна хімічна енергія яких у процесі обміну речовин перетворюється на інші види енергії. Основним шляхом звільнення хімічної енергії, необхідної підтримки життєдіяльності організму та здійснення фізіологічних функцій, є окислювальні процеси.

Хімічна термодинаміка дозволяє встановити зв'язок між енергетичними витратами при виконанні людиною певної роботи та калорійністю поживних речовин, дає можливість зрозуміти енергетичну сутність біосинтетичних процесів, що протікають за рахунок енергії, що вивільняється при окисленні поживних речовин.

Знання стандартних термодинамічних величин щодо невеликої кількості сполук дозволяє проводити термохімічні розрахунки для енергетичної характеристики різних біохімічних процесів.

Застосування термодинамічних методів дає можливість кількісно оцінити енергетику структурних перетворень білків, нуклеїнових кислот, ліпідів та біологічних мембран.

У практичній діяльності лікаря термодинамічні методи найбільше широко використовуються для визначення інтенсивності основного обміну при різних фізіологічних та патологічних станах організму, а також для визначення калорійності харчових продуктів.

Завдання хімічної термодинаміки

1. Визначення енергетичних ефектів хімічних та фізико-хімічних процесів.

2. Встановлення критеріїв мимовільного перебігу хімічних та фізико-хімічних процесів.

3. Встановлення критеріїв рівноважного стану термодинамічних систем.

Основні поняття та визначення

Термодинамічна система

Тіло або група тіл, відокремлених від навколишнього середовища реальною або уявною поверхнею розділу називають термодинамічної системою.

Залежно від здатності системи обмінюватися з навколишнім середовищем енергією та речовиною розрізняють ізольовані, закриті та відкриті системи.

ІзольованаСистемою називають систему, яка не обмінюється з навколишнім середовищем ні речовиною, ні енергією.

Систему, яка обмінюється з навколишнім середовищем енергією та не обмінюється речовиною, називають закритою.

Відкритою системою називають систему, що обмінюється з навколишнім середовищем і речовиною, та енергією.

Стан системи, стандартний стан

Стан системи визначається сукупністю її фізичних та хімічних властивостей. Кожен стан системи характеризується певними величинами цих властивостей. Якщо ці властивості змінюються, то змінюється і стан системи, якщо властивості системи не змінюються з часом, то система перебуває в стані рівноваги.

Для порівняння властивостей термодинамічних систем необхідно вказати їх стан. З цією метою введено поняття – стандартний стан, за який для індивідуальної рідини або твердого тіла приймається такий фізичний стан, в якому вони існують при тиску 1 атм (101315 Па) та даної температури.

Для газів і пар стандартний стан відповідає гіпотетичному стану, в якому газ при тиску в 1 атм підпорядковується законам ідеальних газів, при цій температурі.

Величини, які стосуються стандартного стану, пишуться з індексом «про» і нижнім індексом вказується температура, найчастіше це 298К.

Рівняння стану

Рівняння, що встановлює функціональну залежність між величинами властивостей, що визначають стан системи називають рівнянням стану.

Якщо відомо рівняння стану системи, то описи її стану необов'язково знати чисельні значення всіх властивостей системи. Так, наприклад, рівняння Клапейрона-Менделєєва є рівнянням стану ідеального газу:

де Р – тиск, V – об'єм, n – число молей ідеального газу, Т – його абсолютна температура та R – універсальна газова стала.

З рівняння слід, що з визначення стану ідеального газу досить знати чисельні значення будь-яких трьох із чотирьох величин Р,V,n,T.

Функції стану

Властивості, величини яких при переході системи з одного стану до іншого залежать тільки від початкового і кінцевого стану системи і не залежать від шляху переходу, отримали назву функцій стану. До них відносяться, наприклад, тиск, об'єм, температура системи.

Процеси

Перехід системи з одного стану до іншого називають процесом. Залежно та умовами протікання розрізняють такі види процесів.

Круговий або циклічний– процес, внаслідок перебігу якого система повертається у вихідний стан. Після завершення кругового процесу зміни будь-якої функції стану системи дорівнюють нулю.

Ізотермічний- Процес, що протікає при постійній температурі.

Ізобарний- Процес, що протікає при постійному тиску.

Ізохорний- Процес, при якому обсяг системи залишається постійним.

Адіабатичний- Процес, що відбувається без теплообміну з навколишнім середовищем.

Рівноважний- Процес, що розглядається як безперервний ряд рівноважних станів системи.

Нерівноважний– процес, у якому система проходить через нерівноважні стану.

Зворотний термодинамічний процес– процес, після якого система та взаємодіючі з нею системи (довкілля) можуть повернутися в початковий стан.

Необоротний термодинамічний процес- процес, після якого система і системи, що взаємодіють з нею (довкілля) не можуть повернутися в початковий стан.

Докладніше останні поняття розглянуті розділ «Термодинаміка хімічної рівноваги».

Визначення термодинамічної системи

Термодинамічної системою називають сукупність макрооб'єктів (тіл, полів), які обмінюються енергією один з одним та зовнішніми (стосовно системи) об'єктами. Таку систему називають замкнутою (ізольованою), якщо вона не має жодного обміну енергією із зовнішніми тілами. Якщо немає обміну лише теплотою, то адіабатична система ізольована. Систему називають закритою, якщо немає масообміну у неї із зовнішнім середовищем.

Визначення термодинамічних параметрів

Величини, що характеризують стан термодинамічної системи, називають термодинамічні параметри. Два стани системи вважають різними, якщо у цих станів відрізняється хоча б один із параметрів. Стан системи називають стаціонарним, якщо параметри системи не змінюються у часі. Стаціонарний стан системи рівноважний, якщо система перебуває у стаціонарному стані не завдяки якомусь зовнішньому процесу.

Термодинамічні параметри мають зв'язок між собою. Тому для однозначного визначення стану термодинамічної системи є достатньо обмеженої кількості термодинамічних параметрів. Основними параметрами стану термодинамічної системи є: тиск, температура, питомий об'єм ($V_u$) (або молярний$((\ V)_(\mu ))$).

Визначення тиску

Тиском $(p)\ $ називають фізичну величину, рівну:

де $F_n$ - проекція сили на нормаль до ділянки тіла $ triangle S $, $ triangle S $ - площа тіла. Одиниця виміру тиску у системі СІ паскаль -- $\frac(H)(м^2)$=Па.

Визначення питомого обсягу

Питомим обсягом $V_u$ називають величину, обернену щільності $\rho:\$

Для однорідного тіла питомий об'єм:

де m – маса тіла.

Молярний обсяг $V_(\mu )$ дорівнює:

Визначення температури

Температурою (t або T) називають фізичну величину, що характеризує ступінь нагрітості тіла. Розрізняють кілька видів температури (залежно від використовуваної шкали виміру). У стані термодинамічної рівноваги всі тіла системи (всі частини системи) мають рівні температури.

Відповідно до правила Гіббса стан однорідної (у фізичному сенсі) термодинамічної системи повністю визначається двома параметрами. Рівняння, яке пов'язує параметри термодинамічної системи називають рівнянням стану. Так, наприклад, можна записати рівняння для внутрішньої енергії (загалом):

таке рівняння стану називають калористичним. У цьому рівнянні $((x)_1,\ x_2,\dots ,\ x_n)-\ $зовнішні параметри системи, У термодинаміці рівняння стану приймаються відомими і не виводяться.

Макроскопічні термодинамічні параметри, що описують систему, мають сенс середніх значень (за великий проміжок часу) якихось функцій, що характеризують динамічний стан системи.

Крім параметрів термодинамічні системи описують за допомогою функцій стану (іноді про ці фізичні величини говорять як про параметри стану термодинамічної системи).

Визначення функцій стану

Функції стану -- це такі фізичні величини, зміна яких залежить від виду (шляху) переходу системи зі стану 1 у стан 2.

Найважливішими функціями стану термодинаміки є: внутрішня енергія (U), ентальпія (H), ентропія (S).

Внутрішня енергія - функція стану системи, визначена як:

де $W$- повна енергія системи, $E_k$- кінетична енергія макроскопічного руху системи, $E^(vnesh)_p$- потенційна енергія системи, яка є результатом дії на систему зовнішніх сил.

Внутрішня енергія ідеального газу часто виражається так:

де i - число ступенів свободи молекули, $ \ nu $ - кількість молей речовини, R - Постійна газова.

Ентальпія (тепловміст) - функція стану системи, визначається як:

Ентальпія ідеального газу залежить тільки від T і пропорційна m:

де $ C_p $ - теплоємність газу при ізобарному процесі, $ H_0 = U_0 $ - ентальпія при $ T = 0K $.

Ентропія – функція стану системи. Диференціал ентропії в оборотному процесі:

Термодинамічні параметри можна розділити на екстенсивні, що залежать від маси системи (наприклад, U, S, H) та інтенсивні, відповідно, від маси не залежать (наприклад, T, $\rho\$).

Приклад 1

Завдання: Знайти зміну внутрішньої енергії ідеального газу в процесі при постійному тиску (p), якщо об'єм газу змінюється від $ V_1 \ до $ $ V_2.

Нескінченно мале збільшення внутрішньої енергії ідеального газу задано формулою:

З рівняння Менделєєва-Клайперона висловимо температуру (T), пам'ятаємо, що тиск постійно:

Підставимо (1.2) у (1.1), отримаємо:

Знайдемо зміну внутрішньої енергії газу:

\[\triangle U=\frac(i)(2)p\ \int\limits^(V_2)_(V_1)(dV=\frac(i)(2)p\left(V_2-V_1\right)) \ \ left (1.3 \ right), \]

де i =5 за умовою завдання, оскільки газ двоатомний.

Відповідь: Зміна внутрішньої енергії газу в заданому процесі: $ triangle U = frac (i) (2) p \ left (V_2-V_1 right).

Приклад 2

Завдання: Азот маси 1 кг нагріли на 100 К при постійному обсязі. Знайти кількість теплоти, одержану газом у заданому процесі. Роботу газу, зміна внутрішньої енергії.

Відразу дамо відповідь щодо роботи газу. Оскільки процес ізохорний (зміни обсягу немає), то робота газу дорівнює нулю.

Зміну внутрішньої енергії газу можна записати як:

\[\triangle U=\frac(i)(2)\nu R\triangle T\left(2.1\right),\]

\[\nu =\frac(m)(\mu )\left(2.2\right),\]

молярна маса азоту знаходиться за допомогою таблиці Менделєєва, вона дорівнює:

\[(\mu )_(N_2)=28\cdot (10)^(-3)\frac(кг)(моль)\]

Всі дані в задачі в системі СІ, молекула азоту складається з двох атомів, число ступенів свободи дорівнює 5, тому проведемо розрахунок:

\[\triangle U=\frac(i)(2)\frac(m)(\mu )R\triangle T=\frac(5)(2)\cdot \frac(1)(28\cdot (10) ^ (-3)) \ cdot 8,31 \ cdot 100 = 7,42 \ cdot (10) ^ 4 \ left (Дж \ right).

На першому початку термодинаміки для ізохорного процесу отримуємо:

\[\triangle Q=\triangle U\left(2.3\right).\]

Можемо записати відповідь.

Відповідь: Зміна внутрішньої енергії в изохорном процесі за заданих умов дорівнює $7,42\cdot (10)^4$Дж, робота газу дорівнює нулю, кількість теплоти, що підводиться до газу, дорівнює $7,42\cdot (10)^4$Дж.

СТАН СИСТЕМИ

у фізиці - визначається сукупністю значень притаманних даної системи фіз. величин, зв. параметрами стану. Напр., стан механіч. системи в кожний момент часу характеризується значеннями координат та імпульсів всіх матеріальних точок,які утворюють цю систему. Стан електромагнітного поляхарактеризується значеннями напруженостей електрич. і магнітного полів у всіх точках поля у кожний момент часу.

Великий енциклопедичний політехнічний словник. 2004 .

Дивитись що таке "СТАН СИСТЕМИ" в інших словниках:

Стан системи- характеристика системи зараз її функціонування. Оскільки система описується певним комплексом суттєвих змінних та параметрів, то для того, щоб висловити С.с., потрібно визначити значення, що приймаються. Економіко-математичний словник

стан системи– 3.2 стан системи (system state): Специфічна комбінація станів елементів. Примітка Декілька станів системи можуть бути об'єднані в один стан. Джерело: ГОСТ Р 51901.15 2005: Менеджмент ризику. Застосування марківських методів.

стан системи- State of System Стан системи Характеристика системи на даний момент її функціонування. Оскільки система описується певним комплексом істотних змінних та параметрів, то для того, щоб висловити стан системи, потрібно… Тлумачний англо-російський словник з нанотехнології. – М.

стан системи- система būsena statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. state of system vok. Systemzustand, m rus. стан системи, n pranc. état du système, m … Automatikos terminų žodynas

стан системи- sistemos būsena statusas T sritis chemija apibrėžtis Makroskopiniais parametrais apibūdinama sistemos būsena. atitikmenys: англ. state of system rus. стан системи … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

стан системи- система būsena statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. state of system vok. Systemzustand, m rus. стан системи, n pranc. état du système, m … Fizikos terminų žodynas

Стан системи літального апарату відмовний- 14 Джерело: ГОСТ 27332 87: Умови польоту літальних апаратів. Терміни та визначення оригінал документа … Словник-довідник термінів нормативно-технічної документації

Стан системи літального апарату- 10. Стан системи літального апарату Стан системи Situation of the system Параметри роботи системи літального апарату, що визначаються характером її включення та її працездатним чи відмовним станом, наявністю несправностей при… Словник-довідник термінів нормативно-технічної документації

відмовний стан системи літального апарату- відмовний стан системи Непрацездатний стан системи літального апарату, що характеризується розглянутим порушенням функції системи в цілому, незалежно від причин, що його викликали. [ГОСТ 27332 87] Тематики умови польоту літальних… Довідник технічного перекладача

Відмовний стан системи літального апарату- 14. Відмовний стан системи літального апарату Відмовний стан системи Failure situation (Поправка, ИУС 8 88). Непрацездатний стан системи літального апарату, що характеризується порушенням функції системи, що розглядається. Словник-довідник термінів нормативно-технічної документації

Книги

• Системи радіокерування. Автори колективної монографії - відомі вчені, провідні розробники та фахівці в галузі систем радіоуправління. У книзі розглянуто стан та тенденції розвитку радіоелектронних... Категорія: Радіоелектроніка Серія: Науково-технічні серії Видавець: Радіотехніка, Виробник: Радіотехніка,
• Системи радіокерування. Випуск 1. Стан та тенденції розвитку систем радіоуправління, Верба В.С. , Автори колективної монографії - відомі вчені, провідні розробники та фахівці у галузі систем радіоуправління. У книзі розглянуто стан та тенденції розвитку радіоелектронних… Категорія: Радіо. РадіотехнікаСерія: Видавець: