热力学系统
热力学系统(英语:Thermodynamic system)是指用于热力学研究的有限宏观区域,是热力学的研究对象。它的外部空间被称为这个系统的环境。一个系统的边界将系统与它的外部隔开。这个边界既可以是真实存在的,也可以是假想出来的,但必须将这个系统限制在一个有限空间里。系统与其环境可以在边界进行物质、功、热或其它形式能量的传递。而热力学系统可以从它的边界(或边界的一部分)所允许的传递类型进行分类。热力学系统有一系列的状态函数,比如体积,压强,温度等。这些量都是可以通过实验测量的宏观量。这些量的数值共同决定这个系统的热力学状态。一个热力学系统的状态函数通常存在一个或多个函数关系。这些关系可由状态方程表述。平衡热力学不涉及对这些状态函数的通量的研究。因为由热力学平衡的定义可以自然得到,这些函数的通量的值为零。当然,平衡热力学可能会涉及使通量不为零的过程,但在热力学过程进行前,这些过程必需停止。非平衡热力学允许状态函数通量不为零。通量不为零表示在系统和它的环境间存在物质,能量或等的传递。
系统分类
根据系统与外界相互作用的情况可对系统进行分类:与外界没有任何相互作用的系统称为孤立系统;与外界有能量交换但没有物质交换的系统称为封闭系统,简称闭系;与外界既有能量交换又有物质交换的系统称为开放系统,简称开系。还可以根据组成系统的物质的化学性质对系统进行分类:由一种化学纯的物质构成的热力学系统称为单元系,因为它只含有一种化学组分,也就是只有一种分子;由两种或两种以上的化学组分构成的系统称为多元系。也可根据系统各部分的性质对系统定义:各部分的所有性质完全一样的系统称为均匀系,又称单相系 ;当系统的各部分的性质有差异时,称此种系统为非均匀系;如果整个系统是不均匀的,但可分成若干个均匀的部分,则称为复相系(见相和相变)。
严格意义上的封闭系统、孤立系统在自然界是不存在的。它们作为特定的分析对象而被引用只是一种近似,其目的是使问题在研究时得以简化。
人为选择
由于不可能将系统与环境完全隔离开,而隔离的材料不可能是绝对不传热、不导电、不透光的,因此不存在绝对的孤立系统。在处理具体热力学问题时,为了使问题简化,可忽略一些不重要的因素而近似地把系统视为孤立系统。
系统与环境的选择是人为的。同一个热力学问题,如果系统选得恰当,往往能使问题解决起来方便简捷。例如,在一个内部装有电阻丝的绝热密闭容器中盛有氢气和氧气的混合物,当此容器通电后,氢和氧便发生反应,生成蒸汽。对此问题进行热力学处理时,若选容器及其中所含物质为系统,则为封闭系统;若连同电源一起选为系统,则为孤立系统。系统的这种人为选择完全是为了处理问题的方便,而不是系统和环境本身有什么本质上的不同。