Высокая температура

Термодинамика
Классический тепловой двигатель Карно
ветви Классический Статистическая Химическая Квантовая термодинамика Равновесие  / Неравновесие
Законы Zeroth Первый Второй В третьих
Системы Закрытая система Изолированная система Состояние Уравнение состояния Идеальный газ Настоящий газ Состояние вопроса Фаза (материя) Равновесие Контрольный объем Инструменты Процессы Изобарический Изохорический Изотермический Адиабатический Изэнтропический Изентальпический Квазистатический Политропный Бесплатное расширение Обратимость Необратимость Необратимость Циклы Тепловые двигатели Тепловые насосы Тепловая эффективность
Свойства системы Примечание: Сопряженные переменные в курсивом Диаграммы свойств Интенсивные и обширные свойства Функции процесса Работа Высокая температура Функции государства Температура  / энтропия  ( введение ) Давление  / Объем Химический потенциал  / число частиц Качество пара Сниженные свойства
Свойства материала Базы данных недвижимости Удельная теплоемкость  ${\ displaystyle c =}$ ${\ displaystyle T}$ ${\ displaystyle \ partial S}$ ${\ displaystyle N}$ ${\ displaystyle \ partial T}$ Сжимаемость  ${\ displaystyle \ beta = -}$ ${\ displaystyle 1}$ ${\ displaystyle \ partial V}$ ${\ displaystyle V}$ ${\ displaystyle \ partial p}$ Тепловое расширение  ${\ Displaystyle \ альфа =}$ ${\ displaystyle 1}$ ${\ displaystyle \ partial V}$ ${\ displaystyle V}$ ${\ displaystyle \ partial T}$
Уравнения Теорема Карно Теорема Клаузиуса Фундаментальное отношение Закон идеального газа Максвелл отношения Онсагер взаимные отношения Уравнения Бриджмена Таблица термодинамических уравнений
Возможности Свободная энергия Свободная энтропия Внутренняя энергия ${\ Displaystyle U (S, V)}$ Энтальпия ${\ Displaystyle H (S, p) = U + pV}$ Свободная энергия Гельмгольца ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ Свободная энергия Гиббса ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
История Культура История Общий Энтропия Газовые законы Машины "вечный двигатель" Философия Энтропия и время Энтропия и жизнь Броуновская трещотка Демон Максвелла Парадокс тепловой смерти Парадокс лошмидта Синергетика Теории Теория калорийности Теория тепла Vis viva («живая сила») Механический эквивалент тепла Сила мотивации Ключевые публикации " Экспериментальное исследование ... тепла " « О равновесии неоднородных веществ » « Размышления о движущей силе огня » Сроки Термодинамика Тепловые двигатели Изобразительное искусство Образование Термодинамическая поверхность Максвелла Энтропия как рассеивание энергии
Ученые Бернулли Больцман Карно Клапейрон Клаузиус Каратеодори Duhem Гиббс фон Гельмгольц Джоуль Максвелл фон Майер Онсагер Ренкин Смитон Шталь Томпсон Томсон ван дер Ваальс Waterston
Другой Зарождение Самостоятельная сборка Самоорганизация Порядок и беспорядок
Книга Категория
v т е

В термодинамики , теплота является энергия в переводе в или из термодинамической системы, с помощью других механизмов , чем термодинамической работы или переноса вещества . ^{[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]} Различные механизмы передачи энергии, которые определяют тепло, изложены в следующем разделе этой статьи.

Как и термодинамическая работа , теплопередача - это процесс, в котором участвует более одной системы, а не свойство какой-либо одной системы. В термодинамике энергия, передаваемая в виде тепла, способствует изменению кардинальной энергетической переменной состояния системы , например, ее внутренней энергии или, например, ее энтальпии . Это следует отличать от концепции тепла в обычном языке как свойства изолированной системы.

Количество энергии, переданной в виде тепла в процессе, - это количество переданной энергии, исключая любую выполненную термодинамическую работу и любую переданную энергию, содержащуюся в веществе. Для точного определения тепла необходимо, чтобы оно происходило по пути, который не включает перенос вещества. ^[8]

Хотя не сразу по определению, но в особых видах процессов, количество энергии, переданной в виде тепла, можно измерить по ее влиянию на состояния взаимодействующих тел. Например, в особых обстоятельствах, соответственно, теплопередача может быть измерена по количеству растаявшего льда или по изменению температуры тела, окружающего систему. ^[9] Такие методы называются калориметрией .

Условное обозначение , используемое для обозначения количества тепла , передаваемого в термодинамическом процессе является Q . В качестве количества энергии (передаваемой) единицей тепла в системе СИ является джоуль (Дж).

Механизмы передачи, определяющие тепло

Механизмы передачи энергии, определяющие тепло, включают теплопроводность через прямой контакт неподвижных тел или через стену или барьер, непроницаемые для вещества; или излучение между разделенными телами; или трение из-за изохорной механической, электрической, магнитной или гравитационной работы, совершаемой окружением в интересующей системе, например, джоулева нагрева из-за электрического тока, протекающего через интересующую систему внешней системой или через магнитную мешалку . Когда есть подходящий путь между двумя системами с разными температурамипередача тепла происходит обязательно, немедленно и спонтанно от более горячей системы к более холодной. Теплопроводность происходит за счет стохастического (случайного) движения микроскопических частиц (таких как атомы или молекулы). Напротив, термодинамическая работа определяется механизмами, которые действуют макроскопически и непосредственно на переменные состояния всего тела системы ; например, изменение объема системы за счет движения поршня с измеряемой извне силой; или изменение внутренней электрической поляризации системы через измеряемое извне изменение электрического поля. Определение теплопередачи не требует, чтобы процесс был в каком-либо смысле плавным. Например, молния может передавать тепло телу.

Конвективная циркуляция позволяет одному телу нагревать другое через промежуточную циркулирующую жидкость, которая переносит энергию от границы одного тела к границе другого; Фактическая передача тепла происходит за счет теплопроводности и излучения между жидкостью и соответствующими телами. ^{[10] [11] [12]} Конвективная циркуляция, хотя и спонтанная , не обязательно и сразу возникает просто из-за небольшой разницы температур; для того, чтобы это произошло в данном расположении систем, необходимо преодолеть порог .

Хотя тепло самопроизвольно перетекает от более горячего тела к более холодному, можно сконструировать тепловой насос, который затрачивает работу на передачу энергии от более холодного тела к более горячему. Напротив, тепловой двигатель уменьшает существующую разницу температур для обеспечения работы другой системы. Другой термодинамический тип устройства теплопередачи - это активный рассеиватель тепла , который затрачивает работу на ускорение передачи энергии в более холодную среду от более горячего тела, например, компонента компьютера. ^[13]

Обозначения и единицы измерения

Как форма энергии, тепло имеет единицу измерения джоуль (Дж) в Международной системе единиц (СИ). Однако во многих прикладных областях техники часто используются британские тепловые единицы (БТЕ) ​​и калория . Стандартной единицей измерения скорости передачи тепла является ватт (Вт), определяемый как один джоуль в секунду.

Использование символа Q для обозначения общего количества энергии, переданной в виде тепла, принадлежит Рудольфу Клаузиусу в 1850 году:

«Пусть количество тепла, которое должно быть передано во время перехода газа определенным образом из одного данного состояния в другое, в котором его объем равен v, а его температура t , назовем Q» ^[14].

Тепло, выделяемое системой в окружающую среду, обычно является отрицательной величиной ( Q  <0); когда система поглощает тепло из своего окружения, оно положительно ( Q  > 0). Скорость теплопередачи или тепловой поток в единицу времени обозначается как . Это не следует путать с производной по времени функции состояния (которая также может быть записана с помощью точечной записи), поскольку тепло не является функцией состояния. ^[15] Тепловой поток определяется как скорость передачи тепла на единицу площади поперечного сечения (единицы ватты на квадратный метр).${\displaystyle {\dot {Q}}}$

Классическая термодинамика

Тепло и энтропия

В 1856 году Рудольф Клаузиус , говоря о замкнутых системах, в которых не происходит переноса вещества, определил вторую фундаментальную теорему ( второй закон термодинамики ) механической теории тепла ( термодинамики ): «если два преобразования, которые без необходимости любое другое постоянное изменение, которое может взаимно заменять друг друга, называться эквивалентным, тогда выработка количества тепла Q от работы при температуре T имеет значение эквивалентности : " ^{[16] [17]}

${\displaystyle {}{\frac {Q}{T}}.}$

В 1865 году он пришел к определению энтропии, символизируемой S , так что из-за подачи количества тепла Q при температуре T энтропия системы увеличивается на

${\displaystyle \Delta S={\frac {Q}{T}}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(1)}$

При передаче энергии в виде тепла без выполнения работы происходят изменения энтропии как в окружающей среде, которая теряет тепло, так и в системе, которая его получает. Увеличение Δ S энтропии в системе можно рассматривать как состоящее из двух частей: приращения Δ S ', которое соответствует или `` компенсирует' 'изменение -Δ S ' энтропии в окружающей среде, и дальнейшее приращение Δ S ′ ′, которое можно рассматривать как «генерируемое» или «произведенное» в системе и, следовательно, называемое «нескомпенсированным». Таким образом

${\displaystyle \Delta S=\Delta S^{\prime }+\Delta S^{\prime \prime }.}$

Это также может быть написано

${\displaystyle \Delta S_{\mathrm {system} }=\Delta S_{\mathrm {compensated} }+\Delta S_{\mathrm {uncompensated} }\,\,\,\,{\text{with}}\,\,\,\,\Delta S_{\mathrm {compensated} }=-\Delta S_{\mathrm {surroundings} }.}$

Таким образом, полное изменение энтропии в системе и в окружающей среде составляет

${\displaystyle \Delta S_{\mathrm {overall} }=\Delta S^{\prime }+\Delta S^{\prime \prime }-\Delta S^{\prime }=\Delta S^{\prime \prime }.}$

Это также может быть написано

${\displaystyle \Delta S_{\mathrm {overall} }=\Delta S_{\mathrm {compensated} }+\Delta S_{\mathrm {uncompensated} }+\Delta S_{\mathrm {surroundings} }=\Delta S_{\mathrm {uncompensated} }.}$

Затем говорят, что некоторое количество энтропии Δ S ' было передано из окружающей среды в систему. Поскольку энтропия не является сохраняемой величиной, это исключение из общего способа говорить, в котором переданная сумма является сохраняемой величиной.

Из второго начала термодинамики следует, что при самопроизвольной передаче тепла, при котором температура системы отличается от температуры окружающей среды:

${\displaystyle \Delta S_{\mathrm {overall} }>0.}$

В целях математического анализа переносов мы думаем о фиктивных процессах, которые называются обратимыми , когда температура T системы едва ли меньше температуры окружающей среды, а перенос происходит с незаметно медленной скоростью.

Следуя приведенному выше определению в формуле (1), для такого фиктивного обратимого процесса количество переданного тепла δ Q ( неточный дифференциал ) анализируется как величина T d S с d S ( точный дифференциал ):

${\displaystyle T\,\mathrm {d} S=\delta Q.}$

Это равенство справедливо только для фиктивного переноса, в котором нет производства энтропии, то есть в котором нет некомпенсированной энтропии.

Если, напротив, процесс является естественным и действительно может происходить с необратимостью, тогда происходит производство энтропии с _{нескомпенсированным} d S > 0 . Величина Т д S _{некомпенсированная} было названа Клаузиусом «некомпенсированное тепло», хотя это не согласуется с современной терминологией. Тогда есть

${\displaystyle T\,\mathrm {d} S=\delta Q+T\,\mathrm {d} S_{\mathrm {uncompensated} }>\delta Q.}$

Это приводит к утверждению

${\displaystyle T\,\mathrm {d} S\geq \delta Q\quad {\rm {(second\,\,law)}}\,.}$

что является вторым началом термодинамики для замкнутых систем.

В неравновесной термодинамике, которая приближается, принимая гипотезу о локальном термодинамическом равновесии, для этого есть специальные обозначения. Передача энергии в виде тепла , как предполагается, имеют место по разнице температур в бесконечно малой, так что система элемент и его окрестности имеют достаточно близко одной и той же температуре T . Затем пишут

${\displaystyle \mathrm {d} S=\mathrm {d} S_{\mathrm {e} }+\mathrm {d} S_{\mathrm {i} }\,,}$

где по определению

${\displaystyle \delta Q=T\,\mathrm {d} S_{\mathrm {e} }\,\,\,\,\,{\text{and}}\,\,\,\,\,\mathrm {d} S_{\mathrm {i} }\equiv \mathrm {d} S_{\mathrm {uncompensated} }.}$

Второй закон естественного процесса утверждает, что

${\displaystyle \mathrm {d} S_{\mathrm {i} }>0.}$^{[18] [19] [20] [21]}

Тепло и энтальпия

Для закрытой системы (системы, из которой материя может входить или выходить) одна из версий первого закона термодинамики гласит, что изменение внутренней энергии Δ U системы равно количеству тепла Q, подводимого к системе, за вычетом количество термодинамической работы W, выполненной системой над своим окружением. Вышеупомянутое соглашение о знаках для работы используется в данной статье, но альтернативное соглашение о знаках, за которым следует IUPAC, для работы, заключается в том, чтобы рассматривать работу, выполняемую в системе ее окружением, как положительную. Это соглашение принято во многих современных учебниках физической химии, таких как книги Питера Аткинса. и Ира Левин, но многие учебники по физике определяют работу как работу, выполняемую системой.

${\displaystyle \Delta U=Q-W\,.}$

Эту формулу можно переписать так, чтобы выразить определение количества передаваемой энергии как тепла, основанное исключительно на концепции адиабатической работы, если предполагается, что Δ U определяется и измеряется исключительно процессами адиабатической работы:

${\displaystyle Q=\Delta U+W.}$

Термодинамическая работа, выполняемая системой, осуществляется через механизмы, определяемые ее термодинамическими переменными состояния, например, ее объемом V , а не через переменные, которые обязательно включают механизмы в окружающей среде. Последние, такие как работа вала, включают изохорную работу.

Внутренняя энергия U является функцией состояния . В циклических процессах, таких как работа теплового двигателя, функции состояния рабочего тела возвращаются к исходным значениям по завершении цикла.

Дифференциала, или бесконечно малое приращение, для внутренней энергии в бесконечно малом процессе является точным дифференциальным д U . Обозначение точных дифференциалов - строчная буква d .

Напротив, ни одно из бесконечно малых приращений δ Q или δ W в бесконечно малом процессе не представляет состояние системы. Таким образом, бесконечно малые приращения тепла и работы являются неточными дифференциалами. Строчная греческая буква дельта, δ , обозначает неточные дифференциалы . Интеграл от любого неточного дифференциала за время, необходимое системе для выхода и возврата в одно и то же термодинамическое состояние, не обязательно равен нулю.

Как рассказывается ниже, в разделе Энтропия второй закон термодинамики замечает, что если тепло подводится к системе, в которой не происходят необратимые процессы и которая имеет четко определенную температуру T , приращение тепла δ Q и температура T образуют точный дифференциал

${\displaystyle \mathrm {d} S={\frac {\delta Q}{T}},}$

и что S , энтропия рабочего тела, является функцией состояния. Аналогичным образом, при четко определенном давлении P за движущейся границей рабочий перепад δ W и давление P объединяются, чтобы сформировать точный перепад

${\displaystyle \mathrm {d} V={\frac {\delta W}{P}},}$

где V - объем системы, который является переменной состояния. В общем, для однородных систем

${\displaystyle \mathrm {d} U=T\mathrm {d} S-P\mathrm {d} V.}$

Связанный с этим дифференциальным уравнением является то , что внутренняя энергия может рассматриваться как функция U ( S , V ) его естественных переменных S и V . Представление внутренней энергии фундаментального термодинамического соотношения записывается

${\displaystyle U=U(S,V).}$^{[22] [23]}

Если V постоянна

${\displaystyle T\mathrm {d} S=\mathrm {d} U\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(V\,\,{\text{constant)}}}$

и если P постоянна

${\displaystyle T\mathrm {d} S=\mathrm {d} H\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(P\,\,{\text{constant)}}}$

с H энтальпия, определяемая

${\displaystyle H=U+PV.}$

Энтальпия может рассматриваться как функция H ( S , Р ) своих естественных переменных S и Р . Энтальпийное представление фундаментального термодинамического соотношения записывается

${\displaystyle H=H(S,P).}$^{[23] [24]}

Представление внутренней энергии и представление энтальпии являются частичными преобразованиями Лежандра друг друга. Они содержат одинаковую физическую информацию, записанную по-разному. Как и внутренняя энергия, энтальпия, указанная как функция ее естественных переменных, является термодинамическим потенциалом и содержит всю термодинамическую информацию о теле. ^{[24] [25]}

Если к телу добавляется количество тепла Q, в то время как оно выполняет работу расширения W с окружающей его средой,

${\displaystyle \Delta H=\Delta U+\Delta (PV)\,.}$

Если это должно происходить при постоянном давлении с Δ P = 0 , работа расширения W, выполняемая телом, определяется выражением W = P Δ V ; вспоминая первый закон термодинамики,

${\displaystyle \Delta U=Q-W=Q-P\,\Delta V{\text{ and }}\Delta (PV)=P\,\Delta V\,.}$

Следовательно, при подстановке имеем

${\displaystyle \Delta H=Q-P\,\Delta V+P\,\Delta V}$

${\displaystyle =Q\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,{\text{at constant pressure.}}}$

В этом сценарии увеличение энтальпии равно количеству тепла, добавляемого в систему. Поскольку многие процессы действительно происходят при постоянном давлении или приблизительно при атмосферном давлении, энтальпии поэтому иногда дают вводящее в заблуждение название «теплосодержание». ^[26] Иногда ее также называют тепловой функцией. ^[27]

В терминах естественных переменных S и P функции состояния H этот процесс изменения состояния из состояния 1 в состояние 2 можно выразить как

${\displaystyle \Delta H=\int _{S_{1}}^{S_{2}}\left({\frac {\partial H}{\partial S}}\right)_{P}\mathrm {d} S+\int _{P_{1}}^{P_{2}}\left({\frac {\partial H}{\partial P}}\right)_{S}\mathrm {d} P}$

${\displaystyle =\int _{S_{1}}^{S_{2}}\left({\frac {\partial H}{\partial S}}\right)_{P}\mathrm {d} S\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,{\text{at constant pressure.}}}$

Известно, что температура T ( S , P ) тождественно формулируется

${\displaystyle \left({\frac {\partial H}{\partial S}}\right)_{P}\equiv T(S,P)\,.}$

Как следствие,

${\displaystyle \Delta H=\int _{S_{1}}^{S_{2}}T(S,P)\mathrm {d} S\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,{\text{at constant pressure.}}}$

В этом случае интеграл определяет количество тепла, передаваемого при постоянном давлении.

История

Как нарицательное существительное, английское тепло или тепло (как французское chaleur , немецкое Wärme , латинское calor , греческое θάλπος и т. Д.) Относится к (человеческому восприятию ) либо тепловой энергии, либо температуры . Спекуляции на тепловой энергии или «тепле» как отдельной форме материи имеют долгую историю, см. Теорию калорий , флогистон и огонь (классический элемент) .

Современное понимание тепловой энергии берет свое начало с механической теории тепла Томпсона 1798 года ( Экспериментальное исследование источника тепла, возбуждаемого трением ), постулирующего механический эквивалент тепла . Сотрудничество Николя Клемана и Сади Карно (« Размышления о движущей силе огня» ) в 1820-х годах имело некоторые родственные мысли, близкие к тем же. ^[28] В 1845 году Джоуль опубликовал статью под названием «Механический эквивалент тепла»., в котором он указал числовое значение количества механической работы, необходимой для «производства единицы тепла». Теория классической термодинамики сформировалась в 1850-1860-х годах. Книга Джона Тиндаля « Тепло, рассматриваемое как способ движения» (1863) сыграла важную роль в популяризации идеи тепла как движения среди англоязычной публики. Теория была разработана в научных публикациях на французском, английском и немецком языках. С давних времен французский технический термин chaleur, используемый Карно, считался эквивалентом английского тепла и немецкого Wärme (букв. «Тепло», эквивалент тепла был бы немецким Hitze ).

Функция процесса Q была введена Рудольфом Клаузиусом в 1850 году. Клаузиус описал ее с помощью немецкого соединения Wärmemenge , что переводится как «количество тепла». ^[14]

Джеймс Клерк Максвелл в своей Теории тепла 1871 года выделяет четыре условия для определения тепла:

• Это то, что может передаваться от одного тела к другому согласно второму закону термодинамики .
• Это измеримая величина , поэтому ее можно рассматривать математически.
• Его нельзя рассматривать как материальную субстанцию , потому что он может быть преобразован во что-то, что не является материальной субстанцией, например, в механическую работу .
• Тепло - одна из форм энергии . ^[29]

Функция процесса Q называется Wärmemenge Клаузиусом, или как «количество теплоты» в переводе. Использование «тепла» в качестве сокращенной формы конкретного понятия «количество энергии, передаваемой в виде тепла» привело к некоторой терминологической путанице к началу 20 века. Общее значение слова «тепло» даже в классической термодинамике - это просто «тепловая энергия». ^[30] С 1920-х годов было рекомендовано использовать энтальпию для обозначения «теплосодержания при постоянном объеме» и тепловой энергии, когда подразумевается «тепло» в общем смысле, в то время как «тепло» зарезервирован для очень специфического контекста передачи тепловой энергии между двумя системами. Леонард Бенедикт Лебв своей « Кинетической теории газов» (1927) делает упор на использовании «количества тепла» или «количества тепла» при обращении к Q : ^[31]

После совершенствования термометрии [...] следующим большим достижением в области тепла стало определение термина, называемого количеством тепла. [... после отказа от теории теплоты] Остается интерпретировать это очень определенное понятие, количество тепла, в терминах теории, приписывающей все тепло кинетике молекул газа.

^[32]

Каратеодори (1909)

Частое определение тепла основано на работе Каратеодори (1909), относящейся к процессам в замкнутой системе. ^{[33] [34] [35] [36] [37] [38]}

Внутренняя энергия U _Х тел в произвольных состояниях X может быть определена количеством работы , выполняемой адиабатически телами на его окрестности , когда он начинает от эталонного состояния O. Такая работа оценивается по количеству, определенному в окружающей среде тела. Предполагается, что такую ​​работу можно оценить точно, без ошибок из-за трения в окружающей среде; трение в теле не исключается этим определением. Адиабатическое выполнение работы определяется в терминах адиабатических стенок, которые позволяют передавать энергию как работу, но не переносят другую энергию или материю. В частности, они не пропускают энергию в виде тепла. Согласно этому определению, работа, выполняемая адиабатически, обычно сопровождается трением внутри термодинамической системы или тела. С другой стороны, согласно Каратеодори (1909), существуют также неадиабатические диатермальные стены, которые, как предполагается, проницаемы только для тепла.

Для определения количества передаваемой энергии в виде тепла обычно предусматривается, что произвольное интересующее состояние Y достигается из состояния O посредством процесса с двумя компонентами, одна адиабатическая, а другая неадиабатическая. Для удобства можно сказать, что адиабатическая составляющая была суммой работы, совершаемой телом в результате изменения объема за счет движения стенок, в то время как неадиабатическая стенка была временно сделана адиабатической, и изохорной адиабатической работы. Тогда неадиабатический компонент - это процесс передачи энергии через стенку, которая пропускает только тепло, недавно сделанное доступным для этой передачи, от окружающей среды к телу. Изменение внутренней энергии для достижения состояния Y из состояния O это разница двух переданных количеств энергии.

Хотя сам Каратеодори не давал такого определения, следуя его работе, в теоретических исследованиях принято определять тепло Q , поступающее в тело из его окружения, в объединенном процессе изменения состояния Y из состояния O как изменение в внутренняя энергия, Δ U _Y , минус количество работы, W , сделано телом на его окружает адиабатический процесс, так что Q = Δ U _Y - W .

В этом определении, ради концептуальной строгости, количество энергии, передаваемой в виде тепла, не определяется напрямую в терминах неадиабатического процесса. Она определяется через знание ровно двух переменных, изменение внутренней энергии и количества адиабатического проделанной работы, для комбинированного процесса изменения от исходного состояния O в произвольном состоянии Y . Важно, что это явно не связано с количеством энергии, передаваемой в неадиабатическом компоненте комбинированного процесса. Здесь предполагается, что количество энергии, необходимое для перехода из состояния O в состояние Y, изменение внутренней энергии, известно, независимо от комбинированного процесса, путем определения посредством чисто адиабатического процесса, такого как определение внутренней энергии состояния Xнад. Строгость, которая ценится в этом определении, заключается в том, что существует один и только один вид передачи энергии, признаваемый как фундаментальный: энергия, передаваемая как работа. Передача энергии в виде тепла считается производной величиной. Уникальность работы в данной схеме считается гарантией строгости и чистоты замысла. Концептуальная чистота этого определения, основанная на концепции передачи энергии в виде работы как идеального понятия, основана на идее, что некоторые процессы передачи энергии без трения и в противном случае могут быть реализованы в физической реальности. Второй закон термодинамики, с другой стороны, убеждает нас, что такие процессы не встречаются в природе.

До того, как было дано строгое математическое определение тепла на основе работы Каратеодори 1909 года, исторически тепло, температура и тепловое равновесие были представлены в учебниках по термодинамике как совместно примитивные понятия . ^[39]Каратеодори представил свою статью 1909 года следующим образом: «Утверждение о том, что дисциплина термодинамики может быть оправдана без обращения к какой-либо гипотезе, которая не может быть проверена экспериментально, должна рассматриваться как один из наиболее примечательных результатов исследований в области термодинамики, которые были выполнены в течение последнего столетия. . " Ссылаясь на «точку зрения, принятую большинством авторов, которые работали в течение последних пятидесяти лет», Каратеодори писал: «Существует физическая величина, называемая теплотой, которая не идентична механическим величинам (массе, силе, давлению и т. Д.). и чьи вариации могут быть определены калориметрическими измерениями ". Джеймс Серрин так описывает теорию термодинамики: «В следующем разделемы будем использовать классические понятия тепла ,работа и жар как примитивные элементы ... То, что тепло является подходящим и естественным примитивом для термодинамики, было уже принято Карно. Его неизменная ценность в качестве примитивного элемента термодинамической структуры обусловлена ​​тем фактом, что он синтезирует существенную физическую концепцию, а также его успешным использованием в недавних работах по объединению различных конститутивных теорий » ^{[40] [41].}Этот традиционный вид представления основ термодинамики включает идеи, которые можно резюмировать утверждением, что теплопередача происходит исключительно из-за пространственной неоднородности температуры и происходит за счет теплопроводности и излучения от более горячих тел к более холодным. Иногда предлагается, чтобы этот традиционный вид представления обязательно основывался на «круговой аргументации»; Против этого предложения выступает строго логическое математическое развитие теории, представленной Трусделлом и Бхаратой (1977). ^[42]

Этот альтернативный подход к определению количества передаваемой энергии как тепла отличается по логической структуре от подхода Каратеодори, описанного выше.

Этот альтернативный подход допускает калориметрию в качестве основного или прямого способа измерения количества энергии, переданной в виде тепла. Он полагается на температуру как на одну из своих примитивных концепций и используется в калориметрии. ^[43] Предполагается, что физически существует достаточно процессов, чтобы можно было измерить разницу во внутренней энергии. Такие процессы не ограничиваются адиабатической передачей энергии в виде работы. Они включают калориметрию, которая является наиболее распространенным практическим способом определения разницы внутренней энергии. ^[44] Требуемая температура может быть эмпирической или абсолютной термодинамикой.

Напротив, способ Каратеодори, описанный выше, не использует калориметрию или температуру в своем первичном определении количества энергии, передаваемой в виде тепла. Метод Каратеодори рассматривает калориметрию только как вторичный или косвенный способ измерения количества энергии, переданной в виде тепла. Как более подробно описано выше, метод Каратеодори рассматривает количество энергии, передаваемой в виде тепла в процессе, как первично или прямо определяемое как остаточное количество. Он рассчитывается из разницы внутренних энергий начального и конечного состояний системы и из фактической работы, выполняемой системой во время процесса. Предполагается, что эта внутренняя разница в энергии была измерена заранее посредством процессов чисто адиабатической передачи энергии как работы, процессов, которые переводят систему между начальным и конечным состояниями.По методу Каратеодори предполагается, как известно из экспериментов, что на самом деле физически существует достаточно таких адиабатических процессов, так что нет необходимости прибегать к калориметрии для измерения количества энергии, передаваемой в виде тепла. Это предположение является существенным, но явно не обозначено ни как закон термодинамики, ни как аксиома пути Каратеодори. Фактически, реальное физическое существование таких адиабатических процессов в основном является предположением, а существование этих предполагаемых процессов в большинстве случаев фактически не подтверждено эмпирически.Это предположение является существенным, но явно не обозначено ни как закон термодинамики, ни как аксиома пути Каратеодори. Фактически, реальное физическое существование таких адиабатических процессов в основном является предположением, а существование этих предполагаемых процессов в большинстве случаев фактически не подтверждено эмпирически.Это предположение является существенным, но явно не обозначено ни как закон термодинамики, ни как аксиома пути Каратеодори. Фактически, реальное физическое существование таких адиабатических процессов в основном является предположением, а существование этих предполагаемых процессов в большинстве случаев фактически не подтверждено эмпирически.^[45]

Теплопередача

Теплообмен между двумя телами

Ссылаясь на проводимость, Партингтон пишет: «Если горячее тело приводится в проводящий контакт с холодным телом, температура горячего тела падает, а температура холодного тела повышается, и считается, что некоторое количество тепла прошло от горячее тело к холодному телу ". ^[46]

Ссылаясь на излучение, Максвелл пишет: «При излучении более горячее тело теряет тепло, а более холодное тело получает тепло посредством процесса, происходящего в некоторой промежуточной среде, которая сама по себе не становится горячей». ^[47]

Максвелл пишет, что конвекция как таковая «не является чисто тепловым явлением». ^[48] В термодинамике конвекция вообще рассматривается как перенос внутренней энергии . Если, однако, конвекция является замкнутой и циркулирующей, то ее можно рассматривать как посредника, который передает энергию в виде тепла между источником и телом назначения, поскольку он передает только энергию, а не материю, от источника к телу назначения. ^[12]

В соответствии с первым законом для закрытых систем, энергия передается исключительно в виде тепла, покидающего одно тело и поступающего в другое, изменяя внутреннюю энергию каждого. Передача энергии между телами в виде работы является дополнительным способом изменения внутренней энергии. Хотя это не является логически строгим с точки зрения строгих физических понятий, распространенная форма слов, выражающая это, - это сказать, что тепло и работа взаимозаменяемы.

Циклически работающие двигатели, использующие только тепло и передачу работы, имеют два тепловых резервуара, горячий и холодный. Их можно классифицировать по диапазону рабочих температур рабочего тела относительно этих резервуаров. В тепловом двигателе рабочее тело всегда холоднее горячего резервуара и горячее холодного резервуара. В некотором смысле он использует теплопередачу для работы. В тепловом насосе рабочее тело на этапах цикла становится горячее, чем горячий резервуар, и холоднее, чем холодный резервуар. В некотором смысле он использует работу для передачи тепла.

Тепловой двигатель

В классической термодинамике обычно рассматривается модель теплового двигателя.. Он состоит из четырех частей: рабочего тела, горячего резервуара, холодного резервуара и рабочего резервуара. Циклический процесс оставляет рабочее тело в неизменном состоянии, и предполагается, что он будет повторяться бесконечно часто. Передача работы между рабочим органом и рабочим резервуаром предусмотрена как обратимая, и поэтому требуется только один рабочий резервуар. Но необходимы два термальных резервуара, потому что передача энергии в виде тепла необратима. В одном цикле энергия, забираемая рабочим телом из горячего резервуара, отправляется в два других резервуара, рабочий резервуар и холодный резервуар. Горячий резервуар всегда и только поставляет энергию, а холодный резервуар всегда и только получает энергию. Второй закон термодинамики требует, чтобы не мог произойти цикл, в котором холодный резервуар не получает энергии.Тепловые двигатели достигают более высокого КПД, когда разница между начальной и конечной температурами больше.

Тепловой насос или холодильник

Другой часто рассматриваемой моделью является тепловой насос или холодильник. Опять же, есть четыре тела: рабочий орган, горячий резервуар, холодный резервуар и рабочий резервуар. Единый цикл начинается с того, что рабочее тело холоднее, чем холодный резервуар, а затем энергия забирается рабочим телом в виде тепла из холодного резервуара. Затем рабочий резервуар воздействует на рабочее тело, добавляя больше к его внутренней энергии, делая его более горячим, чем горячий резервуар. Горячее рабочее тело передает тепло горячему резервуару, но при этом остается более горячим, чем холодный резервуар. Затем, позволяя ему расширяться, не выполняя работы с другим телом и не передавая тепло другому телу, рабочее тело становится холоднее, чем холодный резервуар. Теперь он может принимать теплопередачу от холодного резервуара, чтобы начать другой цикл.

Устройство переносило энергию из более холодного резервуара в более горячий, но это не считается неодушевленным агентством; скорее, это рассматривается как использование работы. Это связано с тем, что работа поступает из рабочего резервуара не только с помощью простого термодинамического процесса, но и с помощью цикла термодинамических операций и процессов, которые можно рассматривать как управляемые одушевленным или задействованным агентством. Соответственно, цикл по-прежнему соответствует второму закону термодинамики. Эффективность теплового насоса является наилучшей, когда разница температур между горячим и холодным резервуарами минимальна.

Функционально такие двигатели используются двумя способами: различая целевой пласт и ресурс или окружающий пласт. Тепловой насос передает тепло горячему резервуару в качестве целевого объекта от ресурса или окружающего резервуара. Холодильник передает тепло от холодного резервуара в качестве цели к ресурсу или окружающему резервуару. Целевой резервуар можно рассматривать как негерметичный: когда цель утечки тепла в окружающую среду, используется тепловой насос; когда объект пропускает холод в окружающую среду, используется охлаждение. Жгут двигателя работает над устранением утечек.

Макроскопический вид

Согласно Планку , существует три основных концептуальных подхода к теплу. ^[49] Один из них - микроскопическая или кинетическая теория. Два других - макроскопические подходы. Один из них - это подход через закон сохранения энергии, принятый до термодинамики, с механическим анализом процессов, например, в работе Гельмгольца. Эта механическая точка зрения рассматривается в данной статье как обычная в настоящее время для термодинамической теории. Другой макроскопический подход - термодинамический, который допускает тепло как примитивную концепцию, которая, согласно научной индукции ^[50], способствует познанию закона сохранения энергии. Эта точка зрения широко распространена на практике, поскольку количество тепла измеряется калориметрическим методом.

Бейлин также различает два макроскопических подхода: механический и термодинамический. ^[51] Термодинамическая точка зрения была принята основоположниками термодинамики в девятнадцатом веке. Он рассматривает количество переданной энергии как тепло как примитивное понятие, связанное с примитивным понятием температуры, измеряемой в первую очередь калориметрическим методом. Калориметр - это тело, окружающее систему, со своей температурой и внутренней энергией; когда он соединен с системой путем передачи тепла, изменения в нем измеряют теплопередачу. Механический взгляд был впервые предложен Гельмгольцем и разработан и использован в двадцатом веке, в основном под влиянием Макса Борна . ^[52]Он рассматривает количество переданного тепла как тепло как производное понятие, определенное для закрытых систем как количество тепла, передаваемое другими механизмами, кроме передачи работы, причем последнее считается примитивным для термодинамики, определяемой макроскопической механикой. Согласно Борну, перенос внутренней энергии между открытыми системами, сопровождающий перенос вещества, «не сводится к механике». ^[8] Отсюда следует, что не существует хорошо обоснованного определения количества передаваемой энергии в виде тепла или работы, связанной с переносом вещества.

Тем не менее, для термодинамического описания неравновесных процессов желательно учитывать влияние градиента температуры, установленного окружающей средой в интересующей системе, когда нет физического барьера или стены между системой и окружающей средой, то есть когда они открыты по отношению друг к другу. Невозможность механического определения с точки зрения работы для этого обстоятельства не меняет того физического факта, что градиент температуры вызывает диффузный поток внутренней энергии, процесс, который с термодинамической точки зрения может быть предложен в качестве концепции-кандидата для переноса энергия как тепло.

В этом случае можно ожидать, что могут быть также активные другие движущие силы диффузионного потока внутренней энергии, такие как градиент химического потенциала, который управляет переносом вещества, и градиент электрического потенциала, который управляет электрическим током и ионтофорезом; такие эффекты обычно взаимодействуют с диффузным потоком внутренней энергии, вызванным градиентом температуры, и такие взаимодействия известны как перекрестные эффекты. ^[53]

Если бы перекрестные эффекты, приводящие к диффузионному переносу внутренней энергии, также назывались теплопередачей, они иногда нарушали бы правило, согласно которому чистая теплопередача происходит только при понижении градиента температуры, а не при повышении. Они также противоречат принципу, согласно которому вся теплопередача является одним и тем же, принципу, основанному на идее теплопроводности между закрытыми системами. С термодинамической точки зрения можно попытаться узко мыслить тепловой поток, вызываемый исключительно температурным градиентом, как концептуальный компонент диффузионного потока внутренней энергии, при этом концепция основывается именно на тщательных расчетах, основанных на детальном знании процессов и оцениваемых косвенно. В этих обстоятельствах, если случайно случится так, что перенос материи не будет осуществлен и нет перекрестных эффектов,тогда термодинамическая концепция и механическая концепция совпадают, как если бы мы имели дело с замкнутыми системами. Но когда происходит перенос вещества, точные законы, по которым градиент температуры управляет диффузионным потоком внутренней энергии, вместо того, чтобы быть точно известными, в основном должны приниматься, и во многих случаях они практически не поддаются проверке. Следовательно, при переносе вещества расчет чистой составляющей «теплового потока» диффузионного потока внутренней энергии основывается на практически непроверяемых предположениях.Следовательно, при переносе вещества расчет чистой составляющей «теплового потока» диффузионного потока внутренней энергии основывается на практически непроверяемых предположениях.Следовательно, при переносе вещества расчет чистой составляющей «теплового потока» диффузионного потока внутренней энергии основывается на практически непроверяемых предположениях.^{[54] [цитата 1] [55]} Это причина думать о тепле как о специализированном понятии, которое относится в первую очередь и именно к закрытым системам, и применимо только очень ограниченным образом к открытым системам.

Во многих работах в этом контексте используется термин «тепловой поток», когда то, что имеется в виду, более точно называется диффузным потоком внутренней энергии; такое использование термина «тепловой поток» является остатком более старого и теперь устаревшего языкового использования, которое допускало, что тело может иметь «теплосодержание». ^[56]

Микроскопический вид

В кинетической теории тепло объясняется с помощью микроскопических движений и взаимодействий составляющих частиц, таких как электроны, атомы и молекулы. ^[57] Непосредственное значение кинетической энергии составляющих частиц не как тепло. Это как составляющая внутренней энергии. В микроскопических терминах тепло - это величина переноса, которая описывается теорией переноса, а не как постоянно локализованная кинетическая энергия частиц. Передача тепла возникает из-за температурных градиентов или различий, за счет диффузного обмена микроскопической кинетической и потенциальной энергией частиц, столкновений частиц и других взаимодействий. Раннее и расплывчатое выражение этого высказал Фрэнсис Бэкон . ^{[58] [59]}Точные и подробные его версии были разработаны в девятнадцатом веке. ^[60]

В статистической механике для замкнутой системы (без переноса вещества) тепло - это перенос энергии, связанный с неупорядоченным микроскопическим воздействием на систему, связанным со скачками чисел заполнения энергетических уровней системы без изменения значений самих уровней энергии. ^[61] Макроскопическая термодинамическая работа может изменять числа заполнения без изменения значений самих уровней энергии системы, но то, что отличает перенос от тепла, состоит в том, что перенос полностью обусловлен неупорядоченным микроскопическим действием, включая перенос излучения. Математическое определение может быть сформулирован для малых приращений квазистатической адиабатической работы в терминах статистического распределения ансамбля микросостояний.

Калориметрия

Количество переданного тепла можно измерить калориметрическим методом или определить путем расчетов на основе других величин.

Калориметрия - это эмпирическая основа представления о количестве тепла, передаваемого в процессе. Передаваемое тепло измеряется по изменениям в теле с известными свойствами, например, по повышению температуры, изменению объема или длины или по фазовому переходу, например таянию льда. ^{[62] [63]}

Расчет количества переданного тепла может основываться на гипотетическом количестве переданной энергии в виде адиабатической работы и на первом законе термодинамики . Такой расчет является основным подходом многих теоретических исследований количества передаваемого тепла. ^{[33] [64] [65]}

Инженерное дело

Дисциплина теплопередачи , обычно рассматриваемая как аспект машиностроения и химической инженерии , имеет дело с конкретными прикладными методами, с помощью которых тепловая энергия в системе генерируется, преобразуется или передается в другую систему. Хотя определение тепла неявно означает передачу энергии, термин теплопередача охватывает это традиционное использование во многих инженерных дисциплинах и на языке непрофессионалов.

Теплопередача обычно описывается как включающая механизмы теплопроводности , тепловой конвекции , теплового излучения , но может включать массоперенос и тепло в процессах фазовых превращений .

Конвекцию можно описать как комбинированное воздействие проводимости и потока жидкости. С термодинамической точки зрения, тепло течет в жидкость путем диффузии, чтобы увеличить ее энергию, затем жидкость переносит ( адвектирует ) эту увеличенную внутреннюю энергию (не тепло) из одного места в другое, после чего следует второе тепловое взаимодействие. который передает тепло второму телу или системе, опять же путем диффузии. Весь этот процесс часто рассматривается как дополнительный механизм теплопередачи, хотя технически «теплопередача» и, следовательно, нагрев и охлаждение происходят только на обоих концах такого проводящего потока, но не в результате потока. Таким образом, можно сказать, что теплопроводность «передает» тепло только как чистый результат процесса, но не может делать это каждый раз в рамках сложного конвективного процесса.

Скрытое и явное тепло

В лекции 1847 года, озаглавленной « О материи, живой силе и тепле» , Джеймс Прескотт Джоуль охарактеризовал термины скрытое тепло и явное тепло как компоненты тепла, каждый из которых влияет на различные физические явления, а именно на потенциальную и кинетическую энергию частиц, соответственно. ^{[66] [цитаты 2]} Он описал скрытую энергию как энергию, получаемую через отдаление частиц, где притяжение происходит на большем расстоянии, то есть форма потенциальной энергии , а ощутимое тепло как энергию, включающую движение частиц, то есть кинетическую. энергия .

Скрытая теплота - это тепло, выделяемое или поглощаемое химическим веществом или термодинамической системой во время изменения состояния, которое происходит без изменения температуры. Таким процессом может быть фазовый переход , такой как таяние льда или кипение воды. ^{[67] [68]}

Теплоемкость

Теплоемкость - это измеримая физическая величина, равная отношению тепла, добавленного к объекту, к результирующему изменению температуры . ^[69] молярная теплоемкость есть теплоемкость на единицу количества (СИ единица: моль ) чистого вещества, а удельная теплоемкость , которую часто называют просто теплоемкость , является теплоемкость на единицу массы материала. Теплоемкость - это физическое свойство вещества, а значит, оно зависит от состояния и свойств рассматриваемого вещества.

Удельная теплоемкость одноатомных газов, таких как гелий, почти постоянна с температурой. Двухатомные газы, такие как водород, демонстрируют некоторую температурную зависимость, а трехатомные газы (например, двуокись углерода) еще больше.

До появления законов термодинамики тепло измеряли по изменению состояний участвующих тел.

Некоторые общие правила, за важными исключениями, можно сформулировать следующим образом.

Как правило, большинство тел расширяются при нагревании. В этом случае нагревание тела с постоянным объемом увеличивает давление, которое оно оказывает на ограничивающие его стенки, а нагревание с постоянным давлением увеличивает его объем.

Помимо этого, большинство веществ имеет три общепризнанных состояния вещества : твердое, жидкое и газообразное. Некоторые также могут существовать в плазме . Многие имеют дополнительные, более тонко дифференцированные состояния вещества, такие как, например, стекло и жидкий кристалл . Во многих случаях при фиксированных температуре и давлении вещество может существовать в нескольких различных состояниях материи в том, что можно рассматривать как одно и то же «тело». Например, лед может плавать в стакане с водой. Тогда говорят, что лед и вода составляют две фазы в «теле». Определенные правилаизвестны, показывая, как различные фазы могут сосуществовать в «теле». В основном при фиксированном давлении существует определенная температура, при которой нагревание вызывает плавление или испарение твердого вещества, и определенная температура, при которой нагревание вызывает испарение жидкости. В таких случаях охлаждение имеет обратный эффект.

Все эти самые распространенные случаи соответствуют правилу, согласно которому нагрев можно измерить по изменению состояния тела. В таких случаях используются так называемые термометрические тела , позволяющие определять эмпирические температуры. До 1848 г. все температуры определялись таким образом. Таким образом, существует тесная связь, очевидно логически определяемая, между теплотой и температурой, хотя они были признаны концептуально совершенно разными, особенно Джозефом Блэком в конце восемнадцатого века.

Есть важные исключения. Они нарушают очевидную связь между жарой и температурой. Они проясняют, что эмпирические определения температуры зависят от специфических свойств конкретных термометрических веществ и, таким образом, исключаются из названия «абсолютный». Например, вода сжимается при нагревании около 277 К. Ее нельзя использовать в качестве термометрического вещества вблизи этой температуры. Кроме того, в определенном диапазоне температур лед сжимается при нагревании. Более того, многие вещества могут существовать в метастабильных состояниях, таких как отрицательное давление, которые выживают только временно и в очень особых условиях. Такие факты, иногда называемые «аномальными», являются одной из причин термодинамического определения абсолютной температуры.

На заре измерения высоких температур был важен еще один фактор, который Джозайя Веджвуд использовал в своем пирометре . Достигнутая в процессе температура оценивалась по усадке образца глины. Чем выше температура, тем больше усадка. Это был единственный доступный более или менее надежный метод измерения температур выше 1000 ° C. Но такая усадка необратима. При охлаждении глина снова не расширяется. Поэтому его можно использовать для измерения. Но только один раз. Это не термометрический материал в обычном понимании этого слова.

Тем не менее, термодинамическое определение абсолютной температуры действительно использует понятие тепла с должной осмотрительностью.

"Жаркость"

Согласно Денби (1981), свойство жара - это проблема термодинамики, которую следует определять без ссылки на понятие тепла. Учет жара приводит к концепции эмпирической температуры. ^[70] Все физические системы способны нагревать или охлаждать другие. ^[71] Что касается горячего, то сравнительные термины «горячее» и «холоднее» определяются правилом, согласно которому тепло течет от более горячего тела к более холодному. ^{[72] [73] [74]}

Если физическая система неоднородна или очень быстро или нерегулярно изменяется, например, из-за турбулентности, может быть невозможно охарактеризовать ее температурой, но все же может происходить передача энергии в виде тепла между ней и другой системой. Если система имеет достаточно регулярное физическое состояние и сохраняется достаточно долго, чтобы позволить ей достичь теплового равновесия с указанным термометром, то она имеет температуру, соответствующую этому термометру. Эмпирический термометр регистрирует степень нагрева такой системы. Такая температура называется эмпирической. ^{[75] [76] [77]} Например, Трусделл пишет о классической термодинамике: «Каждый раз телу присваивается действительное число, называемое температурой . Это число является мерой того, насколько горячее тело».^[78]

Физические системы, которые слишком турбулентны, чтобы иметь температуру, все же могут отличаться по своей горячности. Физическая система, которая передает тепло другой физической системе, считается более горячей из двух. Для того чтобы система имела термодинамическую температуру, требуется больше. Его поведение должно быть настолько регулярным, чтобы его эмпирическая температура была одинаковой для всех надлежащим образом откалиброванных и масштабированных термометров, и тогда говорят, что его горячность лежит на одномерном многообразии горячих свойств. Это одна из причин, почему тепло определяется вслед за Каратеодори и Борном исключительно как возникновение, кроме работы или передачи материи; температура сознательно и сознательно не упоминается в этом теперь широко принятом определении.

Это также причина того, что нулевой закон термодинамики сформулирован явно. Если каждая из трех физических систем, A , B и C , не находится в своих собственных состояниях внутреннего термодинамического равновесия, возможно, что при наличии соответствующих физических связей между ними, A может нагревать B, а B может нагревать C, а C может нагревать А. В неравновесных ситуациях возможны циклы потока. Особой и уникальной отличительной чертой внутреннего термодинамического равновесия является то, что эта возможность не открыта для термодинамических систем (в отличие от физических систем), которые находятся в своих собственных состояниях внутреннего термодинамического равновесия; Это причина, по которой нулевой закон термодинамики нуждается в явном изложении. Иными словами, отношение «не холоднее, чем» между общими неравновесными физическими системами не является транзитивным, тогда как, напротив, отношение «имеет температуру не ниже, чем» между термодинамическими системами в их собственных состояниях внутреннего термодинамического равновесия. транзитивен. Из этого следует, что отношение «находится в тепловом равновесии с» транзитивно, что является одним из способов формулирования нулевого закона.

Как температура может быть неопределенной для достаточно неоднородной системы, так и энтропия может быть неопределенной для системы, не находящейся в ее собственном состоянии внутреннего термодинамического равновесия. Например, «температура солнечной системы» не является определенной величиной. Точно так же «энтропия солнечной системы» не определяется в классической термодинамике. Было невозможно определить неравновесную энтропию как простое число для всей системы явно удовлетворительным образом. ^[79]

Смотрите также

Рекомендации

Котировки

Библиография цитируемых ссылок

Дополнительная библиография

• Беретта, врач-терапевт; EP Gyftopoulos (1990). "Что такое тепло?" (PDF) . Обучение термодинамике и энергетическим системам . AES. 20 .
• Гифтопулос, Е.П. и Беретта, Г.П. (1991). Термодинамика: основы и приложения. (Dover Publications)
• Hatsopoulos, GN, & Keenan, JH (1981). Принципы общей термодинамики. RE Krieger Publishing Company.

внешняя ссылка

• Жара в наше время на BBC
• Плазменное тепло на 2 гигакельвина - статья ученых об чрезвычайно высокой температуре, создаваемой учеными (Foxnews.com)
• Корреляции для конвективной теплопередачи - Интернет-ресурсы ChE