Համակարգի վիճակը բնութագրվում է դրանով։ Համակարգի կարգավիճակը և գործընթացները: Մոդելավորման համակարգված մոտեցում

Համակարգի վիճակը բնութագրող մեծություններ , ինչպիսիք են ջերմաստիճանը, ճնշումը, ծավալը և այլն, մենք կկանչենք վիճակի պարամետրեր .

Մենք կանվանենք համակարգի վիճակը անհավասարակշռություն , եթե վիճակի պարամետրերից գոնե մեկին չի կարելի որոշակի արժեք վերագրել .

Եթե ​​համակարգի վիճակի բոլոր պարամետրերն ունեն որոշակի արժեքներ, որոնք կայուն են մնում ֆիքսված արտաքին պայմաններում կամայականորեն երկար ժամանակ, ապա համակարգի վիճակը կոչվում է. հավասարակշռություն .

Հայեցակարգը « որոշակի արժեքներ «դա ենթադրում է պարամետրի արժեքը նույնն է դիտարկվող համակարգի բոլոր կետերում . Օրինակ, դասարանում ջերմաստիճանը, խիստ ասած, տարբեր կետերում տարբեր է, ինչը նշանակում է կոնկրետ նշանակություն չունի . Միջին արժեքը որպես որոշակի արժեք ընդունելն անընդունելի է։ Եթե ​​սենյակը մեկուսացված է արտաքին ազդեցություններից, ապա որոշ ժամանակ անց ջերմաստիճանն իր բոլոր կետերում կհավասարվի, և այդ ժամանակ հնարավոր կլինի խոսել սենյակում որոշակի ջերմաստիճանի արժեքի մասին: Նմանատիպ գաղափարներ վերաբերում են ճնշման, խտության և համակարգի վիճակի այլ պարամետրերին:

Անցումհամակարգ մի վիճակից մյուսը կոչվում է գործընթաց .

Ակնհայտ է, որ ցանկացած գործընթացի ժամանակ համակարգն անցնում է ոչ հավասարակշռված վիճակների հաջորդականությամբ։ Այնուամենայնիվ, որքան դանդաղ է գործընթացը, այնքան գործընթացի ընթացքում համակարգի վիճակները մոտ են հավասարակշռությանը: Սահմանում, եթե գործընթացն ընթանում է անսահման դանդաղ, այսինքն՝ այդպես է քվազաստատիկ, կարող ենք ենթադրել, որ ցանկացած պահի համակարգի վիճակը հավասարակշռված է։

A-priory հավասարակշռություն կանչեց գործընթաց, որը բաղկացած է հավասարակշռության վիճակների շարունակական հաջորդականությունից . Ակնհայտ է, որ Հավասարակշռություն կարող է լինել միայն քվազի-ստատիկ գործընթացը:

Հավասարակշռության գործընթացների կարևոր առանձնահատկությունն այն է, որ դրանք կարող են իրականացվել հակադարձ ուղղություն, այսինքն. վերջից մինչև սկիզբ՝ վիճակների հակադարձ հաջորդականությամբ, և ուղղակի և հակադարձ գործընթացների արդյունքում համակարգում և շրջակա մարմիններում փոփոխություններ չեն լինի։ Հետևաբար, կոչվում են նաև այն գործընթացները, որոնք ունեն այս հատկությունը, և դրանք կարող են լինել միայն հավասարակշռության գործընթացներ շրջելի .

Պայմանները քվազի-ստատիկ, հավասարակշռված և շրջելի Ինչ վերաբերում է թերմոդինամիկական գործընթացներին, դրանք ըստ էության հոմանիշներ են, սակայն դրանցից յուրաքանչյուրն ընդգծում է նկարագրվող գործընթացի իր էական առանձնահատկությունը:

Դա ցույց է տալիս փորձը արտաքին ազդեցություններից մեկուսացված համակարգը անհավասարակշռությունից անցում է կատարում հավասարակշռության վիճակի.. Այս գործընթացը կոչվում է թուլացում համակարգ, և դրա տևողությունը հանգստի ժամանակ .

Տարբերել շրջանաձև գործընթաց ս կամ ցիկլեր , որի արդյունքում համակարգը վերադառնում է իր սկզբնական վիճակին.

Գրաֆիկների վրա հավասարակշռության գործընթացները պատկերված են կորերի տեսքով: Ընդհանուր առմամբ, ոչ հավասարակշռված գործընթացները չեն կարող ներկայացվել կորերով, քանի որ պարամետրերը չունեն որոշակի արժեք:

Մենք նաև նշում ենք, որ ս. խստորենասելով Թերմոդինամիկայի քանակական եզրակացությունները վերաբերում են միայն հավասարակշռության վիճակներին և շրջելի գործընթացներին . Այնուամենայնիվ, շատ դեպքերում իրական գործընթացները, որոնք ոչ մի դեպքում հավասարակշռված չեն, նկարագրվում են շատ բարձր ճշգրտությամբ թերմոդինամիկայի օրենքներով:

Թեմայի կենսաբժշկական նշանակությունը

Թերմոդինամիկան ֆիզիկական քիմիայի մի ճյուղ է, որն ուսումնասիրում է ցանկացած մակրոսկոպիկ համակարգեր, որոնց վիճակի փոփոխությունները կապված են էներգիայի փոխանցման հետ ջերմության և աշխատանքի տեսքով։

Քիմիական թերմոդինամիկան բիոէներգիայի տեսական հիմքն է՝ կենդանի օրգանիզմներում էներգիայի փոխակերպումների գիտությունը և կյանքի գործընթացում էներգիայի մի տեսակի մյուսի փոխակերպման առանձնահատկությունները: Կենդանի օրգանիզմում սերտ կապ կա նյութափոխանակության և էներգիայի գործընթացների միջև։ Նյութափոխանակությունը էներգիայի աղբյուր է կյանքի բոլոր գործընթացների համար: Ցանկացած ֆիզիոլոգիական ֆունկցիայի (շարժում, մարմնի մշտական ​​ջերմաստիճանի պահպանում, մարսողական հյութերի արտազատում, տարբեր բարդ նյութերի օրգանիզմում ավելի պարզներից և այլն) իրականացումը պահանջում է էներգիայի ծախս: Օրգանիզմի բոլոր տեսակի էներգիայի աղբյուրը սննդանյութերն են (սպիտակուցներ, ճարպեր, ածխաջրեր), որոնց պոտենցիալ քիմիական էներգիան նյութափոխանակության գործընթացում վերածվում է էներգիայի այլ տեսակների։ Օրգանիզմի կենսագործունեության պահպանման և ֆիզիոլոգիական գործառույթների իրականացման համար անհրաժեշտ քիմիական էներգիան ազատելու հիմնական միջոցը օքսիդատիվ գործընթացներն են։

Քիմիական թերմոդինամիկան հնարավորություն է տալիս կապ հաստատել էներգիայի ծախսերի միջև, երբ մարդը որոշակի աշխատանք է կատարում և սննդանյութերի կալորիական պարունակությունը, և հնարավորություն է տալիս հասկանալ կենսասինթետիկ գործընթացների էներգետիկ էությունը, որոնք տեղի են ունենում սննդանյութերի օքսիդացման ժամանակ թողարկված էներգիայի պատճառով:

Համեմատաբար փոքր քանակությամբ միացությունների համար ստանդարտ թերմոդինամիկական մեծությունների իմացությունը հնարավորություն է տալիս կատարել տարբեր կենսաքիմիական պրոցեսների էներգետիկ բնութագրերի ջերմաքիմիական հաշվարկներ։

Թերմոդինամիկական մեթոդների կիրառումը հնարավորություն է տալիս չափել սպիտակուցների, նուկլեինաթթուների, լիպիդների և կենսաբանական թաղանթների կառուցվածքային փոխակերպումների էներգիան։

Բժշկի պրակտիկ աշխատանքում թերմոդինամիկ մեթոդները առավել լայնորեն օգտագործվում են մարմնի տարբեր ֆիզիոլոգիական և պաթոլոգիական պայմաններում բազալ նյութափոխանակության ինտենսիվությունը որոշելու, ինչպես նաև սննդամթերքի կալորիականությունը որոշելու համար:

Քիմիական թերմոդինամիկայի խնդիրներ

1. Քիմիական և ֆիզիկաքիմիական պրոցեսների էներգետիկ ազդեցության որոշում.

2. Քիմիական և ֆիզիկաքիմիական գործընթացների ինքնաբուխ առաջացման չափանիշների սահմանում.

3. Ջերմոդինամիկական համակարգերի հավասարակշռության վիճակի չափանիշների սահմանում.

Հիմնական հասկացություններ և սահմանումներ

Թերմոդինամիկական համակարգ

Շրջակա միջավայրից իրական կամ երևակայական միջերեսով անջատված մարմինը կամ մարմինների խումբը կոչվում է թերմոդինամիկական համակարգ։

Կախված շրջակա միջավայրի հետ էներգիան և նյութը փոխանակելու համակարգի կարողությունից՝ առանձնանում են մեկուսացված, փակ և բաց համակարգեր։

ՄեկուսացվածՀամակարգը համակարգ է, որը չի փոխանակում ոչ նյութը, ոչ էլ էներգիան շրջակա միջավայրի հետ:

Այն համակարգը, որը էներգիա է փոխանակում շրջակա միջավայրի հետ և չի փոխանակում նյութը, կոչվում է փակված.

Բաց համակարգը համակարգ է, որը փոխանակում է և՛ նյութը, և՛ էներգիան շրջակա միջավայրի հետ:

Համակարգի վիճակ, ստանդարտ վիճակ

Համակարգի վիճակը որոշվում է նրա ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների ամբողջությունից: Համակարգի յուրաքանչյուր վիճակ բնութագրվում է այս հատկությունների որոշակի արժեքներով: Եթե ​​այս հատկությունները փոխվում են, ապա համակարգի վիճակը նույնպես փոխվում է, բայց եթե համակարգի հատկությունները ժամանակի ընթացքում չեն փոխվում, ապա համակարգը գտնվում է հավասարակշռության վիճակում։

Ջերմոդինամիկական համակարգերի հատկությունները համեմատելու համար անհրաժեշտ է ճշգրիտ նշել դրանց վիճակը։ Այդ նպատակով ներդրվել է հայեցակարգ՝ ստանդարտ վիճակ, որի համար առանձին հեղուկ կամ պինդ համարվում է այն ֆիզիկական վիճակը, որում նրանք գոյություն ունեն 1 ատմ (101315 Պա) ճնշման և տվյալ ջերմաստիճանի դեպքում։

Գազերի և գոլորշիների համար ստանդարտ վիճակը համապատասխանում է հիպոթետիկ վիճակին, երբ 1 ատմ ճնշման տակ գտնվող գազը ենթարկվում է տվյալ ջերմաստիճանում իդեալական գազերի օրենքներին:

Ստանդարտ վիճակի հետ կապված արժեքները գրվում են «o» ենթագրով, իսկ ցուցիչը ցույց է տալիս ջերմաստիճանը, ամենից հաճախ 298K:

Պետության հավասարումը

Հավասարումը, որը ֆունկցիոնալ կապ է հաստատում համակարգի վիճակը որոշող հատկությունների արժեքների միջև, կոչվում է վիճակի հավասարում:

Եթե ​​հայտնի է համակարգի վիճակի հավասարումը, ապա դրա վիճակը նկարագրելու համար անհրաժեշտ չէ իմանալ համակարգի բոլոր հատկությունների թվային արժեքները: Օրինակ, Կլապեյրոն-Մենդելեև հավասարումը իդեալական գազի վիճակի հավասարումն է.

որտեղ P ճնշումն է, V-ը՝ ծավալը, n-ը՝ իդեալական գազի մոլերի թիվը, T-ը՝ բացարձակ ջերմաստիճանը, իսկ R-ը՝ գազի համընդհանուր հաստատունը։

Հավասարումից հետևում է, որ իդեալական գազի վիճակը որոշելու համար բավական է իմանալ P, V, n, T չորս մեծություններից ցանկացած երեքի թվային արժեքները։

Կարգավիճակի գործառույթներ

Այն հատկությունները, որոնց արժեքները համակարգի մի վիճակից մյուսին անցնելու ժամանակ կախված են միայն համակարգի սկզբնական և վերջնական վիճակից և կախված չեն անցումային ուղուց, կոչվում են վիճակի ֆունկցիաներ: Դրանք ներառում են, օրինակ, համակարգի ճնշումը, ծավալը, ջերմաստիճանը:

Գործընթացներ

Համակարգի անցումը մի վիճակից մյուսը կոչվում է գործընթաց: Կախված առաջացման պայմաններից, առանձնանում են գործընթացների հետևյալ տեսակները.

Շրջանաձև կամ ցիկլային– գործընթաց, որի արդյունքում համակարգը վերադառնում է իր սկզբնական վիճակին: Շրջանաձև գործընթացի ավարտից հետո համակարգի վիճակի ցանկացած ֆունկցիայի փոփոխությունները հավասար են զրոյի:

Իզոթերմային- պրոցես, որը տեղի է ունենում մշտական ​​ջերմաստիճանում:

Իզոբարիկ- գործընթաց, որը տեղի է ունենում մշտական ​​ճնշման ներքո:

Իզոխորիկ– գործընթաց, որի ընթացքում համակարգի ծավալը մնում է հաստատուն:

Ադիաբատիկ– գործընթաց, որը տեղի է ունենում առանց շրջակա միջավայրի հետ ջերմափոխանակության:

Հավասարակշռություն– գործընթաց, որը դիտարկվում է որպես համակարգի հավասարակշռության վիճակների շարունակական շարք:

Ոչ հավասարակշռություն- գործընթաց, որի ընթացքում համակարգն անցնում է ոչ հավասարակշռված վիճակների միջով:

Շրջելի թերմոդինամիկ գործընթաց– գործընթաց, որից հետո համակարգը և նրա հետ փոխազդող համակարգերը (միջավայրը) կարող են վերադառնալ սկզբնական վիճակին:

Անդառնալի թերմոդինամիկ գործընթաց– գործընթաց, որից հետո համակարգը և նրա հետ փոխազդող համակարգերը (միջավայրը) չեն կարող վերադառնալ սկզբնական վիճակին:

Վերջին հասկացությունները ավելի մանրամասն քննարկվում են «Քիմիական հավասարակշռության թերմոդինամիկա» բաժնում:

Համակարգի վիճակը որոշվում է մակարդակներով:

Մակարդակը զանգվածի, էներգիայի, տեղեկատվության քանակն է, որը պարունակվում է փոփոխականում (բլոկում) կամ ամբողջ համակարգում ժամանակի տվյալ պահին:

Մակարդակները հաստատուն չեն մնում, դրանք ենթարկվում են որոշակի փոփոխությունների։ Արագությունը, որով տեղի են ունենում այս փոփոխությունները, կոչվում է տեմպ:

Տեմպերը որոշում են փոխակերպման, կուտակման, փոխանցման և այլն գործընթացների ակտիվությունը, ինտենսիվությունը և արագությունը: համակարգում հոսող նյութ, էներգիա, տեղեկատվություն:

Տեմպը և մակարդակները փոխկապակցված են, բայց նրանց հարաբերությունները հստակ չեն: Մի կողմից, դրույքաչափերը առաջացնում են նոր մակարդակներ, որոնք իրենց հերթին ազդում են դրույքաչափերի վրա, այսինքն. կարգավորել դրանք։

Օրինակ, նյութի դիֆուզիայի գործընթացը որոշում է համակարգի անցումը x 1 մակարդակից x 2 մակարդակի (զանգվածի փոխանցման գործընթացի շարժիչ ուժը): Միևնույն ժամանակ, այս գործընթացի արագությունը (զանգվածի փոխանցման արագությունը) կախված է նշված մակարդակների զանգվածից՝ համաձայն արտահայտության.

որտեղ՝ a-ն զանգվածի փոխանցման գործակիցն է:

Համակարգի վիճակի ամենակարևոր բնութագրիչներից մեկը հետադարձ կապն է:

Հետադարձ կապը համակարգի (բլոկի) հատկությունն է՝ արձագանքելու մուտքային ազդեցության հետևանքով առաջացած մեկ կամ մի քանի փոփոխականների փոփոխությանը, այնպես, որ համակարգում տեղի ունեցող գործընթացների արդյունքում այս փոփոխությունը կրկին ազդի նույն կամ նույնի վրա։ փոփոխականներ.

Հետադարձ կապը, կախված ազդեցության մեթոդից, կարող է լինել ուղղակի (երբ հակադարձ ազդեցությունը տեղի է ունենում առանց փոփոխականների (բլոկների)՝ միջնորդների մասնակցության) կամ ուրվագծային (երբ հակառակ ազդեցությունը տեղի է ունենում փոփոխականների (բլոկների)՝ միջնորդների մասնակցությամբ) (նկ. . 3).

Բրինձ. 3. Հետադարձ կապի սկզբունքը

ա – ուղղակի հետադարձ կապ; բ – հանգույցի հետադարձ կապ:

Կախված համակարգում փոփոխականների առաջնային փոփոխությունների վրա ազդեցությունից, առանձնանում են հետադարձ կապի երկու տեսակ.

§ Բացասական արձագանք, այսինքն. երբ դրսից ստացված իմպուլսը ձևավորում է փակ միացում և առաջացնում է սկզբնական ազդեցության թուլացում (կայունացում).

§ Դրական արձագանք, այսինքն. երբ դրսից ստացված իմպուլսը փակ շղթա է կազմում և առաջացնում է սկզբնական ազդեցության մեծացում։

Բացասական արձագանքը ինքնակարգավորման ձև է, որն ապահովում է համակարգում դինամիկ հավասարակշռություն: Բնական համակարգերում դրական արձագանքները սովորաբար դրսևորվում են ինքնաոչնչացնող գործունեության համեմատաբար կարճաժամկետ պոռթկումների տեսքով:

Հետադարձ կապի գերակշռող բացասական բնույթը ցույց է տալիս, որ շրջակա միջավայրի պայմանների ցանկացած փոփոխություն հանգեցնում է համակարգի փոփոխականների փոփոխության և հանգեցնում է համակարգի անցման նոր հավասարակշռության վիճակի, որը տարբերվում է սկզբնական վիճակից: Ինքնակարգավորման այս գործընթացը սովորաբար կոչվում է հոմեոստազ:

Համակարգի հավասարակշռությունը վերականգնելու ունակությունը որոշվում է նրա վիճակի ևս երկու բնութագրերով.

§ Համակարգի կայունություն, այսինքն. բնութագիր, որը ցույց է տալիս, թե արտաքին ազդեցության փոփոխության ինչ մեծություն (ազդեցության ազդակ) համապատասխանում է համակարգի փոփոխականների թույլատրելի փոփոխությանը, որի դեպքում կարող է վերականգնվել հավասարակշռությունը.

§ Համակարգի կայունություն, այսինքն. բնութագիր, որը որոշում է համակարգի փոփոխականների առավելագույն թույլատրելի փոփոխությունը, որի դեպքում կարող է վերականգնվել հավասարակշռությունը:

Համակարգում կարգավորման նպատակը ձևակերպված է ծայրահեղ սկզբունքի տեսքով (առավելագույն պոտենցիալ էներգիայի օրենք). համակարգի էվոլյուցիան գնում է համակարգով էներգիայի ընդհանուր հոսքի մեծացման ուղղությամբ, իսկ անշարժ վիճակում ձեռք է բերվել առավելագույն հնարավոր արժեքը (առավելագույն պոտենցիալ էներգիա):

ՀԱՄԱԿԱՐԳԻ ՎԻՃԱԿԸ

ֆիզիկայում - որոշվում է տվյալ ֆիզիկական համակարգի համար բնորոշ արժեքների բազմությամբ: քանակները, կոչ վիճակի պարամետրեր. Օրինակ՝ մեխանիկականի վիճակը համակարգը յուրաքանչյուր պահի բնութագրվում է բոլորի կոորդինատների և մոմենտի արժեքներով նյութական կետեր,ձևավորելով այս համակարգը: Պետություն էլեկտրամագնիսական դաշտբնութագրվում է էլեկտրական լարման արժեքներով. և մագնիսական դաշտերը դաշտի բոլոր կետերում ժամանակի յուրաքանչյուր պահի:

Մեծ հանրագիտարանային պոլիտեխնիկական բառարան. 2004 .

Տեսեք, թե ինչ է «SYSTEM STATE» բառը այլ բառարաններում.

Համակարգի վիճակը- համակարգի բնութագրերը դրա գործողության պահին. Քանի որ համակարգը նկարագրվում է էական փոփոխականների և պարամետրերի որոշակի համալիրով, S.s.-ն արտահայտելու համար անհրաժեշտ է որոշել ընդունված արժեքները ... ... Տնտեսական-մաթեմատիկական բառարան

համակարգի վիճակը- 3.2 համակարգի վիճակ. տարրերի վիճակների հատուկ համակցություն: Նշում Համակարգի մի քանի վիճակներ կարող են միավորվել մեկ վիճակի մեջ: Աղբյուր՝ ԳՕՍՏ Ռ 51901.15 2005. Ռիսկերի կառավարում. Մարկովյան մեթոդների կիրառում... ...

համակարգի վիճակը- Համակարգի վիճակը Համակարգի վիճակը Համակարգի բնութագրերը գործողության պահին: Քանի որ համակարգը նկարագրվում է էական փոփոխականների և պարամետրերի որոշակի շարքով, համակարգի վիճակը արտահայտելու համար անհրաժեշտ է... ... Նանոտեխնոլոգիայի անգլերեն-ռուսերեն բացատրական բառարան. - Մ.

համակարգի վիճակը- sistemos būsena statusas T sritis automatika atitikmenys՝ անգլ. վիճակը համակարգի vok. Systemzustand, m rus. համակարգ վիճակ, n pranc. համակարգ, մ … Ավտոմատ տերմինալներ

համակարգի վիճակը- sistemos būsena statusas T sritis chemija apibrėžtis Makroskopiniais parametrais apibūdinama sistemos būsena. ատիտիկմենիս՝ անգլ. համակարգի վիճակը ռուս. համակարգի վիճակը… Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

համակարգի վիճակը- sistemos būsena statusas T sritis fizika atitikmenys՝ անգլ. վիճակը համակարգի vok. Systemzustand, m rus. համակարգ վիճակ, n pranc. état du system, m … Fizikos Terminų žodynas

Ինքնաթիռի համակարգի խափանման վիճակ- 14 Աղբյուր՝ ԳՕՍՏ 27332 87. Օդանավերի թռիչքային պայմաններ. Տերմիններ և սահմանումներ բնօրինակ փաստաթուղթ... Նորմատիվային և տեխնիկական փաստաթղթերի տերմինների բառարան-տեղեկատու

Ինքնաթիռի համակարգի կարգավիճակը- 10. Օդանավային համակարգի վիճակը Համակարգի վիճակը Համակարգի վիճակը Օդանավային համակարգի գործունեության պարամետրերը, որոնք որոշվում են դրա ակտիվացման բնույթով և գործառնական կամ խափանման վիճակով, անսարքությունների առկայությամբ ... ... Նորմատիվային և տեխնիկական փաստաթղթերի տերմինների բառարան-տեղեկատու

օդանավի համակարգի խափանման վիճակը- համակարգի խափանման վիճակ Ինքնաթիռի համակարգի անգործունակ վիճակ, որը բնութագրվում է որպես ամբողջության համակարգի գործառույթի դիտարկված խախտում՝ անկախ դրա առաջացման պատճառներից: [ԳՕՍՏ 27332 87] Օդանավերի թռիչքի պայմանների թեմաներ... ... Տեխնիկական թարգմանչի ուղեցույց

Ինքնաթիռի համակարգի խափանման վիճակը- 14. Օդանավերի համակարգի խափանման վիճակ Համակարգի խափանման վիճակ Խափանման իրավիճակ (վերնագիր= Փոփոխություն, IUS 8 88): Ինքնաթիռի համակարգի անգործունակ վիճակ, որը բնութագրվում է համակարգի ֆունկցիայի նկատված խախտումով ... Նորմատիվային և տեխնիկական փաստաթղթերի տերմինների բառարան-տեղեկատու

Գրքեր

• Ռադիոկառավարման համակարգեր. Գիրք 1. Ռադիոկառավարման համակարգերի վիճակը և զարգացման միտումները Կոլեկտիվ մենագրության հեղինակներն են հայտնի գիտնականներ, առաջատար մշակողներ և մասնագետներ ռադիոկառավարման համակարգերի ոլորտում: Գիրքն ուսումնասիրում է ռադիոէլեկտրոնային... Կարգավիճակ՝ ռադիոէլեկտրոնիկա Սերիա՝ Գիտատեխնիկական շարք Հրատարակիչ՝ Ռադիոտեխնիկա, Արտադրող՝ Ռադիոտեխնիկա,
• Ռադիոկառավարման համակարգեր. Հարց 1. Ռադիոհեռարձակման համակարգերի վիճակը և զարգացման միտումները, Verba V.S. , Կոլեկտիվ մենագրության հեղինակներն են հայտնի գիտնականներ, ռադիոկառավարման համակարգերի ոլորտի առաջատար մշակողներ և մասնագետներ։ Գիրքն ուսումնասիրում է ռադիոէլեկտրոնային... Կարգավիճակ՝ ռադիո. ՌադիոտեխնիկաՍերիան: Publisher:

Մոլեկուլային կինետիկ մոտեցում.Մոլեկուլային ֆիզիկան հիմնված է երկու հիմնական սկզբունքների վրա.

ցանկացած մարմին՝ պինդ, հեղուկ կամ գազային, բաղկացած է մեկուսացված մասնիկներից, որոնք մենք անվանում ենք մոլեկուլներ (ատոմներ, իոններ և այլն);

ցանկացած նյութի մասնիկները պատահական քաոսային շարժման մեջ են, որը արտաքին ուժի ազդեցության բացակայության դեպքում չունի որևէ արտոնյալ ուղղություն։ Այս շարժումը կոչվում է ջերմային, քանի որ դրա ինտենսիվությունը որոշում է նյութի ջերմաստիճանը։

Առաջին պարբերությունում, որպես մասնիկներ, որոնցից կարող է բաղկացած լինել նյութը, բացի էլեկտրական չեզոք ատոմներից և մոլեկուլներից, նշվում են նաև էլեկտրական լիցքավորված մասնիկներ՝ իոններ։ Նախ, սա նյութի պլազմային վիճակի շատ կարևոր դեպք է։ Ըստ առկա գնահատումների՝ Տիեզերքի տեսանելի նյութի մոտավորապես 95%-ը գտնվում է պլազմայի վիճակում: Բացի այդ, լուծույթներում, օրինակ՝ սննդի աղը ջրի մեջ, լուծված նյութը գոյություն ունի իոնների տեսքով, իսկ մետաղները դրական իոնների հավաքածու են, որոնք տատանվում են հավասարակշռության դիրքերի շուրջ (բյուրեղային ցանցի հանգույցներ) և ազատ էլեկտրոններ, որոնք կազմում են էլեկտրոնային գազ։ . Հետագայում հիմնական ուշադրությունը կդարձվի նյութի «սովորական» վիճակին, երբ դրա բաղկացուցիչ մասնիկները էլեկտրականորեն չեզոք են, որպես նյութի հատուկ վիճակ, լուծույթները և մետաղները կդիտարկվեն առանձին. պատահական քաոսային շարժման մեջ, որը արտաքին ուժերի ազդեցության բացակայության դեպքում չունի որևէ արտոնյալ ուղղություն»: Այս առումով նշենք հետևյալը. անիզոտրոպ բյուրեղներում կան նախընտրելի ուղղություններ՝ բյուրեղը կազմող մասնիկների փոխազդեցության պատճառով. և կապված չէ արտաքին ուժային դաշտերի հետ Այս տեսակի իրավիճակների դիտարկումը դուրս է այս գլխի շրջանակներից:

Մոլեկուլային կինետիկ տեսությունը նպատակ է դնում մեկնաբանել նյութի այն հատկությունները, որոնք ուղղակիորեն դիտվում են փորձարարական եղանակով (մածուցիկություն, ջերմային հաղորդունակություն և այլն) որպես մոլեկուլների գործողության ընդհանուր արդյունք։ Դրանով նա օգտագործում է վիճակագրական մեթոդը, շահագրգռված լինելով ոչ թե յուրաքանչյուր առանձին մոլեկուլի շարժումով, այլ միայն այնպիսի միջին արժեքներով, որոնք բնութագրում են մոլեկուլների ամբողջ հավաքածուի շարժումն ու փոխազդեցությունը: Մոլեկուլային կինետիկ տեսությունը գործում է ֆիզիկայի հիմնական օրենքների հիման վրա մանրադիտակային մակարդակ - դասական մեխանիկայի, էլեկտրադինամիկայի օրենքները և այլն: Հետևաբար, այն կարող է կանխատեսել համակարգի բազմաթիվ ֆիզիկական պարամետրերի արժեքները, ինչպես ասում են, առաջին սկզբունքների հիման վրա: Այս գլխում մենք կզբաղվենք մոլեկուլային կինետիկ տեսության հիման վրա իդեալական գազերի համար հայտնի օրենքների ածանցմամբ:

Համակարգի վիճակը.Ֆիզիկայի ցանկացած ճյուղում երևույթների ուսումնասիրությունը սկսվում է մարմինների մի շարքի նույնականացումից, որը կոչվում է. համակարգ.

Պատկերացնենք, օրինակ, գազը (համակարգը) փակ բալոնում մխոցի տակ (միջին), Նկ. 1.1.

Բրինձ. 1.1. Գազը մխոցի տակ գտնվող փակ բալոնում

Մխոցի դիրքը կամ գլանների պատերի ջերմաստիճանը փոխելը փոխում է համակարգի վիճակը:

Գազի նման պարզ համակարգերի վիճակը բնութագրվում է հետևյալ մակրոսկոպիկ պարամետրերով՝ ծավալ, ճնշում, ջերմաստիճան։ . Բնականաբար, մեզ անհրաժեշտ են նաև պարամետրեր, որոնք սահմանում են համակարգը՝ դրա զանգվածը մ,հարաբերական մոլեկուլային քաշը Մ(կամ խլուրդային զանգված մ).

Ընդհանուր, չորս արժեք. ծավալը , ճնշում , ջերմաստիճանը, քաշ. Կամ, հաշվի առնելով համակարգի նյութի մոլի հայտնի զանգվածը, մոլերի քանակը: Եթե ​​համակարգը տարբեր նյութերի խառնուրդ է, ապա անհրաժեշտ է ավելացնել խառնուրդի բաղադրիչների հարաբերական կոնցենտրացիաները. , ահա նյութի զանգվածը։ Ակնհայտ է, որ վերջին դեպքում գոյություն ունի ոչ թե չորս պարամետր, այլ ավելին։

Հիշենք դա

Խլուրդի մեկ այլ՝ համարժեք սահմանման մեջ ասվում է.

Նշենք, որ Ավոգադրոյի թվի ժամանակակից սահմանումը նշում է, որ Ավոգադրոյի թիվը հավասար է 12 իզոտոպի ատոմների թվին։ Գպարունակում է 0,012 կգ ածխածին-12: Այսպիսով, խալը կարող է սահմանվել հետևյալ կերպ.

Խնդիրներ լուծելիս հարաբերական մոլեկուլային քաշի արժեքները Մտարրերը վերցված են պարբերական աղյուսակից: Մոլային զանգվածը հեշտ է հաշվարկել.

Օրինակ՝ ոսկու համար

Բարդ նյութերի համար անհրաժեշտ է կատարել պարզ թվաբանական գործողություններ, օրինակ՝ ածխածնի երկօքսիդի համար.

Ընդհանուր առմամբ, համակարգի պարամետրերը, ինչպիսիք են ճնշումը, ջերմաստիճանը, նյութի խտությունը տարբեր կետերում կարող են տարբեր իմաստներ ունենալ: Այս դեպքում համակարգին որպես ամբողջություն չի կարող վերագրվել այդ պարամետրերի որոշակի արժեքներ ոչ հավասարակշռված վիճակ. Փորձը ցույց է տալիս, սակայն, որ եթե արտաքին պայմաններն անփոփոխ են, ապա համակարգը ի վերջո հանգում է նրան հավասարակշռության վիճակ: նրա առանձին մասերի ճնշումներն ու ջերմաստիճանները հավասարեցվում են, որպեսզի համակարգի պարամետրերը վերցնեն որոշակի արժեքներ, որոնք անորոշ ժամանակով մնում են անփոփոխ: Այս դեպքում արտաքին պայմանները պետք է այնպիսին լինեն, որ համակարգում նյութի, էներգիայի, իմպուլսի փոխանցում և այլն չլինի։

Պարզության համար դիտարկենք մի համակարգ, որի ընդհանուր զանգվածը անփոփոխ է, նրա բաղադրությունը և դրա բաղկացուցիչ նյութերի հարաբերական կոնցենտրացիաները անփոփոխ են։ Դա տեղի է ունենում, օրինակ, երբ համակարգում քիմիական ռեակցիաներ տեղի չեն ունենում: Ավելի ընդհանուր մոտեցմամբ՝ համակարգում չկան դրա բաղկացուցիչ մասնիկների ստեղծման և ոչնչացման գործընթացներ։ Օրինակ՝ թթվածնի և ջրածնի մոլեկուլներից ջրի մոլեկուլների առաջացման ռեակցիան

կարելի է դիտարկել որպես մասնիկների ոչնչացման գործընթաց և մասնիկների ծնունդ։ Որոշ դեպքերում, օրինակ, ֆոտոնների գազում (ջերմային ճառագայթում), սկզբունքորեն կարևոր է մասնիկների ստեղծման և ոչնչացման գործընթացների առկայությունը։

լրացուցիչ տեղեկություն

http://www.femto.com.ua/articles/part_2/4471.html - Ֆիզիկական հանրագիտարան. Քիմիական ներուժ. ֆիզիկական մեծություն, որն անհրաժեշտ է փոփոխական թվով մասնիկներով թերմոդինամիկական համակարգերի հատկությունները նկարագրելու համար.

http://www.femto.com.ua/articles/part_1/0017.html - Ֆիզիկական հանրագիտարան. Ավոգադրոյի օրենքը;

http://marklv.narod.ru/mkt/mkt.htm - Դպրոցական դաս մոլեկուլային կինետիկ հիպոթեզի նկարներով;

Ինչպես երևում է ավելի ուշ, նման համակարգի հավասարակշռության վիճակը ամբողջությամբ նկարագրելու համար բավարար է միայն երեք պարամետր. Ընդ որում, եթե վիճակը հավասարակշռված է, ապա այս երեք պարամետրերի միջև կապ կա՝ համակարգի տրված երկու պարամետրերը (օրինակ՝ ջերմաստիճանը և ծավալը) եզակիորեն որոշում են երրորդը (տվյալ դեպքում՝ ճնշումը)։ Մաթեմատիկորեն այս հարաբերությունը կարելի է բնութագրել համակարգի վիճակի հավասարումը

,

որտեղ է գործառույթի կոնկրետ տեսակը Ֆկախված է համակարգի հատկություններից: Օրինակ է հավասարումներ Կլապեյրոն - Մենդելեևհամար կատարյալ կամ վան դեր Վալսոչ իդեալական գազերի համար (այս հավասարումները կքննարկվեն ստորև):

Այսպիսով, ժամը հավասարակշռության համակարգ՝ մշտական ​​զանգվածով, կազմով և հարաբերական կոնցենտրացիաներովդրա բաղկացուցիչ նյութերը - ապագայում ամեն անգամ դա չենք նշի. Կան միայն երկու անկախ պարամետրև նրա հավասարակշռության վիճակը գրաֆիկորեն կարելի է պատկերել հարթության մի կետով (նկ. 1.2), որտեղ երեք պարամետրերից ցանկացած երկուսը գծագրված են առանցքների երկայնքով - , կամ.

Բրինձ. 1.2. Համակարգի հավասարակշռության վիճակները դիագրամների վրա (p, V), (p, T) և (V, T)

Գործընթացը միշտ կապված է համակարգի վիճակի թերմոդինամիկական հավասարակշռության խախտման հետ։ Ներկա պահին թերմոդինամիկորեն հավասարակշռված վիճակում բավական է հասկանալ մի վիճակ, որում բոլոր հնարավոր էներգիայի փոխանակման գործընթացները բացակայում են. 1) համակարգի ենթահամակարգերից ոչ մեկը աշխատանք չի կատարում այլ ենթահամակարգերի վրա. 2) համակարգի ենթահամակարգերից ոչ մեկը ջերմություն չի փոխանակում համակարգի այլ ենթահամակարգերի հետ. 3) համակարգի ենթահամակարգերից ոչ մեկը մասնիկներ չի փոխանակում համակարգի այլ ենթահամակարգերի հետ. Ինչպես կերեւա ավելի ուշ, սովորականների մեջ էներգիայի փոխանակման այլ տեսակներ (որոնցում չկան մասնիկների ստեղծման և ոչնչացման գործընթացներ) գոյություն չունեն։ Այստեղից, ի վերջո, հետևում է, որ մեկ բաղադրիչ համակարգի թերմոդինամիկական հավասարակշռության վիճակը նկարագրելու համար բավական է նշել միայն երեք անկախ պարամետր (օրինակ՝ մասնիկների քանակը, ծավալը և ներքին էներգիան):

Եթե ​​համակարգի վիճակը ժամանակի ընթացքում փոխվում է, ապա համակարգում ինչ-որ գործընթաց է տեղի ունենում: Հակառակը, ընդհանուր առմամբ, ճիշտ չէ. համակարգի վիճակը կարող է չփոխվել, թեև դրանում գործընթաց է ընթանում՝ համակարգի անշարժ, բայց ոչ հավասարակշռված վիճակ։ Օրինակ, ջերմափոխանակման անշարժ գործընթացի ժամանակ համակարգի վիճակը անհավասարակշիռ է, թեև այն մնում է անփոփոխ այն առումով, որ ջերմաստիճանի, ճնշման, խտության և այլն բաշխումները համակարգի ծավալով չեն փոխվում:

Անսահման դանդաղ ընթացքով մենք կարող ենք ենթադրել, որ ժամանակի ցանկացած պահի համակարգի վիճակը հավասարակշռված է: Ֆիզիկապես սա նշանակում է, որ գործընթացի համար բնորոշ ժամանակը շատ ավելի երկար է, քան համակարգում հավասարակշռություն հաստատելու համար պահանջվող ժամանակը, որը կոչվում է նաև հանգստի ժամանակ։ . Այս գործընթացը կոչվում է հավասարակշռության գործընթաց.

Ակնհայտ է, որ հավասարակշռության գործընթացը ևս մեկ իդեալականացում է։ Որպեսզի գործընթացը համարվի, որոշ սահմանափակ ճշգրտությամբ, որպես հավասարակշռություն, անհրաժեշտ է, որ անհավասարությունը

և որքան լավ է այն իրականացվում, այնքան գործընթացը մոտ է հավասարակշռությանը:

Հավասարակշռության գործընթացը կարելի է դիտարկել որպես հավասարակշռության վիճակների հաջորդականություն: Հետագայում կուսումնասիրվեն միայն հավասարակշռության գործընթացները (եթե այլ բան հատուկ նշված չէ):

Քանի որ համակարգի վիճակը ներկայացված է գծապատկերի մի կետով, իսկ գործընթացը հավասարակշռության վիճակների հաջորդականություն է, նման գործընթացը ներկայացված է գծապատկերի վրա: Գծի յուրաքանչյուր կետ համակարգի պայմանականորեն հավասարակշռված միջանկյալ վիճակ է: Հավասարակշռության գործընթացը գործընթաց է շրջելի, այսինքն՝ կարող է հոսել հակառակ ուղղությամբ՝ հակառակ հերթականությամբ անցնելով նույն միջանկյալ վիճակներով՝ շրջակա մարմիններում չմնալով փոփոխություններ։

Բնականաբար, այդ դեպքում համակարգում չպետք է գործեն շփման ուժերին նման ուժեր: Ստորև կծանոթանանք թերմոդինամիկական համակարգերում որոշ բնորոշ գործընթացներ նկարագրող դիագրամներին։

Իմանալով համակարգի վիճակը՝ մենք կարող ենք գտնել տարբեր պետական ​​գործառույթները - ֆիզիկական բնութագրերը, որոնք կախված են միայն համակարգի վիճակից, այսինքն՝ նրանք ընդունում են նույն արժեքները, երբ համակարգը հայտնվում է տվյալ վիճակում՝ անկախ իր նախկին պատմությունից։

Ջերմաստիճանը.Ցանկացած համակարգ ունի որոշակի ռեզերվ ներքին էներգիա, կապված չէ համակարգի դիրքի կամ շարժման հետ՝ որպես ամբողջություն՝ կապված արտաքին միջավայրի հետ: Ներքին էներգիայի մասին ավելի մանրամասն կխոսենք, բայց առայժմ մեզ միայն ինտուիտիվ ըմբռնում է պետք, որ եթե ձուն ինչ-որ արագությամբ նետենք, այն չենք եփի, թեև ձվի կինետիկ էներգիան կավելանա։ Փափուկ եփած ձուն եփելու համար հարկավոր չէ այն գցել, այլ տաքացնել։

Ներքին էներգիան քանակականորեն բնութագրելու համար ներկայացվում է հայեցակարգը ջերմաստիճանը. Ֆիզիկական մեծությունների մեջ առանձնահատուկ տեղ է գրավում ջերմաստիճանը։ Փորձը ցույց է տալիս, որ այն բնութագրում է մարմինների ջերմային հավասարակշռության վիճակը։ Եթե ​​տարբեր ջերմաստիճաններով երկու մարմիններ շփվեն, ապա մոլեկուլների փոխազդեցության արդյունքում այդ մարմինները կփոխանակեն էներգիա։ Որոշ ժամանակ անց ջերմաստիճանները կհավասարվեն, ջերմության փոխանցումը կդադարի, և կառաջանա ջերմային հավասարակշռության վիճակ։ Ջերմային հավասարակշռության վիճակն այն վիճակն է, որի մեջ ժամանակի ընթացքում անցնում է ցանկացած մեկուսացված համակարգ:

Ջերմաստիճանի որոշման պայմանական մեթոդները հիմնված են մարմինների մի շարք հատկությունների (ծավալ, ճնշում և այլն) կախվածության վրա։ Այս դեպքում ընտրվում են ջերմաչափական մարմինը և ջերմաստիճանի սանդղակի աստիճանավորումը: Ամենատարածվածը սանդղակն է (Ցելսիուսի սանդղակ, նկ. 1.3):

Բրինձ. 1.3. Ցելսիուսի աստիճանի սանդղակ

Այս սանդղակի սառեցման կետի (ջրի բյուրեղացում կամ, նույնն է՝ սառույցի հալեցում) և նորմալ մթնոլորտային ճնշման դեպքում ջրի եռման կետի միջև ընկած հատվածը բաժանված է 100 հավասար մասերի։ Այս մասը կոչվում է Ցելսիուսի աստիճաններ(նշվում է t °C). Այսպիսով, ջրի բյուրեղացման կետը համապատասխանում է 0 °Cև եռման կետը - 100 °C. Մենք շեշտում ենք, որ երկուսն էլ 760 մմ Hg նորմալ ճնշման դեպքում: Արվեստ. ԱՄՆ-ում օգտագործում են նաև Ֆարենհեյթի սանդղակը (նշվում է t °F):Իր սանդղակի զրոյի համար Ֆարենհեյտն ընտրեց ամենացածր ջերմաստիճանը, որը նա կարող էր վերարտադրել իր լաբորատորիայում՝ աղի և սառույցի խառնուրդի հալման կետը: Այս սանդղակի ջրի սառեցման կետը համապատասխանում է ջերմաստիճանին 32 °Fև եռման կետը - 212°F.Այս միջակայքը բաժանված է ոչ թե հարյուրի, այլ 180 մասի (նման անկյունային աստիճանների)։ Հետևաբար, Ֆարենհեյթի աստիճանը ցածր է Ցելսիուսի մեկ աստիճանից (գործոն 100/180 = 5/9 ). Այս երկու սանդղակներում ջերմաստիճանների միջև կապը տրված է բանաձևերով