Թերմոդինամիկական համակարգ

Թերմոդինամիկական համակարգ, իրական կամ մտային հետազոտության համար առանձնացված մակրոսկոպիկ ֆիզիկական համակարգ, որը կազմված է մեծ թվով մասնիկներից ու նկարագրության համար չի պահանջում առանձին մասիկների միկրոսկոպիկ բնութագրեր ներառել։ Թերմոդինամիկական համակարգում մասնիկների թվի չափման միավորը սովորաբար Ավոգադրոյի թիվն է (մոտավորապես 6·1023 մասնիկ նյութի մեկ մոլում), որը պատկերացում է տալիս, թե ինչ կարգի մեծությունների մասին է խոսքը։ Թերմոդինամիկական համակարգ կազմող մասնիկների բնույթի վրա սահմանափակումներ չեն դրվում. կարող են լինել ատոմներ, մոլեկուլներ, էլեկտրոններ, իոններ, ֆոտոններ և այլն։ Անզեն աչքով կամ օպտիկական սարքերի (մանրադիտակներ, աստղադիտակ և այլն) միջոցով երևացող ցանկացած օբյեկտ կարելի է համարել թերմոդինամիկական համակարգ. «Թերմոդինամիկան ուսումնասիրում է մակրոսկոպիկ համակարգերը, որոնց տարածական չափերն ու գոյության ժամանակը բավարար են չափումների նորմալ պրոցեսներ անցկացնելու համար»։ Պայմանականորեն մակրոսկոպիկ համակարգեր են համարվում 10−7 մ-ից (100 նմ) մինչև 1012 մ չափերով մարմինները։ Ներքևի սահմանի պայմանականությունը կապված է նաև այն բանի հետ, որ թերմոդինամիկայի համար կարևոր են ոչ թե մարմնի չափսերը, այլ այն կազմող մասնիկների թիվը։ 100 նմ կողով իդեալական գազի մեկ խորանարդը նորմալ պայմաններում պարունակում է շուրջ 27 000 մասնիկ (տես Լոշմիդտի հաստատուն)։
Թերմոդինամիկական համակարգի ցանկացած մաս անվանում են ենթահամակարգ։
Թերմոդինամիկական համակարգը նկարագրելու համար կիրառում են մակրոսկոպիկ պարամետրեր, որոնք բնութագրում են ոչ թե համակարգը կազմող մասնիկների հատկությունները, այլ համակարգը որպես ամբողջություն. ջերմաստիճանը, ճնշումը, ծավալը, մագնիսական ինդուկցիան, էլեկտրական բևեռացման վեկտորը, զանգվածը և բաղադրիչների քիմիական բաղադրություը։
Յուրաքանչյուր թերմոդինամիկական համակարգ ունի իրական կամ պայմանական սահմաններ, որոնցով առանձնանում է շրջակա միջավայրից։ Երբեմն շրջակա միջավայրի փոխարեն խոսում են թերմոստատի մասին, այսինքն՝ այնքան մեծ ջերմունակությամբ միջավայրի. որ նրա ջերմաստիճանը ուսումնասիրվող համակարգի հետ ջերմափոխանակության ժամանակ չի փոխվում։ Լռելյայն համարվում է, որ շրջակա միջավայրը բավականաչափ մեծ է, և այդ պատճառով նրա պարամետրերը կախված չեն դիտարկվող համակարգում ընթացող պրոցեսներից։ Բացի այդ, սովորաբար ենթադրվում է, որ շրջակա միջավայրը գտնվում է թերմոդինամիկական հավասարակիշռության վիճակում և նրա բնութագրերը կախված չեն ժամանակից ու տարածական կոորդինատներից։ 
Կարևոր է, որ թերմոդինամիկական համակարգում ներառվում են այն բոլոր մասինկները, որոնք ուսումնասիրման համար առանձնացվող տիրույթ ունեն տարածության մեջ։ Խնդիրն այն է, որ թերմոդինամիկայում երբեմն միևնույն տիրույթը դիտարկվում է միաժամանակ որպես տարբեր բնույթ ունեցող երկու և ավելի քվազիանկախ (իրար հետ թույլ փոխազդող) մասնիկների մասնակի ենթահամակարգերով զբաղեցվող տիրույթ (օրինակ՝ գազային խառնուրդը բնութագրվում է խառնուրդը կազմող գազերի մասնական ճնշումով), բյուրեղում առանձնացնում են ֆոնոնների և մագնոնների ենթահամակարգեր, պարամագնիսի միջուկային սպինների համակարգը բնութագրվում է սեփական մասնական սպինային ջերմաստիճանով, որը կարող է բացասական արժեքներ ընդունել Կելվինի սանդղակով)։ Այս ձևական հնարքը թույլ է տալիս մասնիկների դիտարկվող ենթահամակարգի համար ներմուծել մասնական բնութագրեր, որոնք անպայման չէ, որ ուղղակիորեն առնչվեն ֆիզիկական համակարգին որպես ամբողջության (տես օրինակ բացասական բացարձակ ջերմաստիճան)։
Թերմոդինամիկական համակարգերն ուսումնասիրվում են թերմոդինամիկայում, վիճակագրականյում և հոծ միջավայրերի ֆիզիկայում։


== Թերմոդինամիկական համակարգերի դասակարգումը ==
Ըստ շրջակա միջավայրի հետ փոխազդեցության բնույթի տարբերակում են հետևյալ համակարգերը՝

մեկուսացված, որոնք արտաքին միջավայրի հետ չեն փոխանակում ո՛չ նյութ, ո՛չ էներգիա,
ադիաբատ մեկուսացված, որոնք արտաքին միջավայրի հետ նյութ չեն փոխանակում, սակայն թույլ են տալիս էներգիայի փոխանակություն աշխատանքի տեսքով,
փակ, որոնք շրջակա միջավայրի հետ էներգիա փոխանակում են, բայց նյութ չեն փոխանակում,
բաց, որոնք շրջակա միջավայրի հետ փոխանակում են և՛ էներգիա, և՛ նյութ,
մասամբ բաց, որոնք շրջակա միջավայրի հետ փոխանակում են և՛ էներգիա, և՛ նյութ, բայց որոնց մեջ ոչ բոլոր բաղադրիչ նյութերն են մասնակցում նյութի փոխանակմանը (օրինակ՝ կիսաթափանցիկ միջնորմի առկայության պատճառով)։Ըստ համակարգի թերմոդինամիկական նկարագրությւան վիճակի պարամետրերի տարբերակում են՝ պարզ համակարգեր, պարզ բաց համակարգեր և բաց համակարգեր։

Պարզ համակարգ (պարզ մարմին, թերմոդեֆորմացված համակարգ) կոչվում է այնպիսի հավասարակշիռ համակարգը, որի ֆիզիկական վիճակը լրիվ որոշվում է երկու անկախ փոփոխականների արժքներով՝ 
  
    
      
        (
        x
        ,
        y
        )
      
    
    {\displaystyle (x,y)}
   պարզ մարմնի վիճակի ֆունկցիայով, օրինակ՝ 
  
    
      
        (
        t
        ,
        v
        )
      
    
    {\displaystyle (t,v)}
   ջերմաստիճանի և տեսակակար ծավալի արժեքներով կամ 
  
    
      
        (
        P
        ,
        v
        )
      
    
    {\displaystyle (P,v)}
   ճնշման և տեսակարար ծավալի արժեքներով։ Պարզ մարմնի՝ զույգ առ զույգ իրարից անկախ վիճակի երեք բնութագրերով կախվածության 
  
    
      
        (
        x
        ,
        y
        ,
        z
        )
      
    
    {\displaystyle (x,y,z)}
   արտահայտությունը կոչվում է այւդ մարմնի վիճակի հավասարում՝
  
    
      
        φ
        (
        x
        ,
        y
        ,
        z
        )
        =
        0
      
    
    {\displaystyle \varphi (x,y,z)=0}
  ։Բարդ համակարգեր են կոչվում այն բոլոր թերմոդինամիկական համակարգերը, որոնք չեն ընկնում պարզ համակարգերի սահմանման մեջ և պարզ բաց համակարգերը։ Բարդ համակարգեր են դիէլեկտրիկները, մագնիսները, գերհաղորդիչները, առաձգական պինդ մարմինները, համակարգի փուլերի բաժանման մակերևույթը, ձգողական դաշտում և անկշռության վիճակում գտնվող համակարգերը, էլեկտրաքիմիական համակարգերը, հավասարակշիռ ջերմային ճառագայթումը։ Որոշ հեղինակներ բարդ համակարգերի թվին են դասում նաև բաց պարզ համակարգերը։ Առաձգական լարի և զսպանակի, փուլերի բաժանման մակերևույթի կամ ջերմային ճառագայթման տիպի թերմոդինամիկական համակարգերի նկարագրության համար պահանջվում է միայն մեկ անկախ վիճակի պարամետր։Եթե տրված պայմաններում (ճնշում, ջերմաստիճան) համակարգի կազմության մեջ մտնող նյութերը քիմիապես չեն փոխազդում իրար հետ, ապա համակարգն անվանում են ֆիզիկական։ Իսկ եթե համակարգի նյութերը ռեակցիայի մեջ են մտնում իրար հետ, համակարգն անվանում են քիմիական։
Թերմոդինամիկական համակարգի իրական մեկուսացումը շրջակա միջավայրից իրականացվում է պատերի միջոցով (բաժանման մակերևույթ, միջնորմ, թաղանթ), որոնք լինում են շարժական և անշարժ, նյութի համար թափանցիկ և անթափանց (գոյություն ունեն նաև կիսաթափանսիկ միջնորմներ)։ Դյուարի անոթը ադիաբատ պատյանի լավ օրինակ է։ Էներգիայի փոխանակմանը չխոչընդոտող միջնորմը կոչվում է դիաթերմիկ։
Թերմոդինամիկական համակարգն անվանում են հոմոգեն, եթե նրա հատկությունները կետից կետ անընդհատ փոխվում են։ Ցանկացած կետում միևնույն հատկություններով հոմոգեն համակարգը անվանում են համասեռ։ Հոմոգեն համակարգերի օրինակներ են լուծույթները (գազային, հեղուկ և պինդ)։ Ձգողության դաշտի գրադիենտի երկայնքով մեծ ձգվածությամբ գազային փուլը (օրինակ՝ երկրի մթնոլորտը անամպ և անքամի օրը) անհամասեռ հոմոգեն փուլի օրինակ է (տես բարոմետրական բանաձև)։
Թերմոդինամիկական համակարգն անվանում են հետերոգեն, եթե այն կազմված է տարբեր հատկություններով մի քանի հոմոգեն մասերից։ Հետերոգեն համակարգերի հոմոգեն մասերը բաժանող մակերևույթների վրա համակարգի հատկությունները թռիչքաձև փոխվում են ։ Հաճախ (բայց ոչ միշտ) այդ մակերևույթը տեսանելի է։
Հետերոգեն համակարգի հոմոգեն մասն անվանում են փուլ։ Պակաս խիստ, բայց ավելի պարզ կերպով փուլ են անվանում «համակարգի հոմոգեն մասերը, որոնք մյուս մասերից բաժանվում են տեսանելի բաժանման մակերևույթով»։ Օրինակ՝ «սառույց-ջուր-խոնավ օդ» համակարգը։ Հոմոգեն համակարգն ունի միայն մեկ փուլ. Հետերոգեն համակարգը կազմված է երկու կամ ավելի փուլերից։ Հետերոգեն համակարգում փուլերի թիվը ենթարկվում է Գիբսի փուլերի կանոնին։ Միևնույն նյութը պինդ ագրեգատային վիճակում կարող է ունենալ մի քանի փուլեր (ռոմբիկ և մոնոկլինալ ծծումբը, ծծումբը, մոխրագույն և սպիտակ անագը և այլն)։


== Ծանոթագրություններ ==


== Գրականություն ==
Архаров А. М., Исаев С. И., Кожинов И. А. и др. Теплотехника / Под. общ. ред. В. И. Крутова. — М.: Машиностроение, 1986. — 432 с.
Базаров И. П. Термодинамика. — 5-е изд. — СПб.—М.—Краснодар: Лань, 2010. — 384 с. — (Учебники для вузов. Специальная литература). — ISBN 978–5–8114–1003–3
Белоконь Н. И. Основные принципы термодинамики. — М.: Недра, 1968. — 112 с.
Большой энциклопедический словарь. Физика / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — 944 с. — ISBN 5-85270-306-0
Герасимов Я. И., Древинг В. П., Еремин Е. Н. и др. Курс физической химии / Под общ. ред. Я. И. Герасимова. — 2-е изд. — М.: Химия, 1970. — Т. I. — 592 с.
Гамеева О. С. Физическая и коллоидная химия. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1969. — 408 с.
Горшков В. С., Савельев В. Г., Федоров Н. Ф. Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений. — М.: Высшая школа, 1988. — 400 с. — ISBN 5-06-001389-8
Гухман А. А. Об основаниях термодинамики. — 2-е изд., испр. — М.: Изд-во ЛКИ, 2010. — 384 с. — ISBN 978-5-382-01105-9
Залевски К. Феноменологическая и статистическая термодинамика: Краткий курс лекций / Пер. с польск. под. ред. Л. А. Серафимова. — М.: Мир, 1973. — 168 с.
Квасников И. А. Термодинамика и статистическая физика. — 2-е изд. — М.: Едиториал УРСС, 2002. — Т. 1. Термодинамика. — 238 с. — ISBN 5-354-00077-7
Козлов В. В., Ансамбли Гиббса и неравновесная статистическая механика. — М.: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика»; Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2008. — 205 с. — ISBN 978-5-93972-645-0
Кубо Р. Термодинамика. — М.: Мир, 1970. — 304 с.
Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Статистическая физика. Часть 1. — 5-е изд. — М.: Физматлит, 2002. — 616 с. — (Теоретическая физика в 10 томах. Том 5). — ISBN 5-9221-0054-8
Мюнстер А. Химическая термодинамика. — М.: Мир, 1971. — 296 с.
Полянин А. Д., Полянин В. Д., Попов В. А. и др. Краткий справочник для инженеров и студентов. — М.: Международная программа образования, 1996. — 432 с. — ISBN 5-7753-0001-7
Поулз Д. Отрицательные абсолютные температуры и температуры во вращающихся системах координат(ռուս.) // Успехи физических наук. — 1964. — Т. 84. — № 4. — С. 693—713.
Пригожин И., Кондепуди Д. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур. — М.: Мир, 2002. — 461 с. — (Лучший зарубежный учебник). — ISBN 5-03-003538-9
Путилов К. А. Термодинамика / Отв. ред. М. Х. Карапетьянц. — М.: Наука, 1971. — 376 с.
Сторонкин А. В. Термодинамика гетерогенных систем. Части 1 и 2. — М.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1967. — 448 с.
Сычёв В. В. Сложные термодинамические системы. — 5-е изд., перераб. и доп.. — М: Издательский дом МЭИ, 2009. — 296 с. — ISBN 978-5-383-00418-0.
Черноуцан А. И. Краткий курс физики. — М: Физматлит, 2002. — 320 с. — ISBN 5-9921-0292-3
Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. — Т. 4. — 704 с. — ISBN 5-85270-087-8
Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — Т. 5. — 760 с. — ISBN 5-85270-101-7
Хачкурузов Г. А. Основы общей и химической термодинамики. — М.: Высшая школа, 1979. — 268 с.