Основні поняття і визначення
Об'єктом термодинаміки є термодинамічна система - обмежене в просторі макроскопическое тіло або сукупність тіл, що знаходяться в тепловому і механічному взаємодії один з одним і навколишнім середовищем. Під навколишнім середовищем розуміється все те, що не увійшло в термодинамічну систему. Уявна або фізична поверхню, яка відокремлює термодинамічну систему від навколишнього середовища, називається оболонкою системи.
Метод термодинаміки - феноменологічний (описовий) без проникнення в структуру речовини. Досліджується відгук системи на зовнішні впливи, не вникаючи в причини тієї чи іншої поведінки речовини, гіпотеза молекулярного будови речовини термодинаміку не цікавить. Ми ж будемо звертатися до молекулярно-кінетичної теорії для обчислення деяких властивостей речовин, значення яких, необхідно брати з експерименту.
Технічна термодинаміка вивчає питання перетворення теплоти в роботу в теплових машинах з точки зору максимальної ефективності. В основі термодинамічної розрахунку теплових двигунів лежать два начала термодинаміки, які формулюються у вигляді тверджень про принципову неможливість побудови вічних двигунів першого і другого роду.
Для кількісного опису поведінки термодинамічної системи вводять параметри стану - величини, які однозначно визначають стан системи в заданий момент часу. Параметри стану можуть бути знайдені тільки на підставі досвіду. Термодинамічний підхід вимагає, щоб вони могли бути вимірні дослідним шляхом за допомогою макроскопічних приладів. Число параметрів велике, проте не всі з них мають істотне значення для термодинаміки. У найпростішому випадку будь-яка термодинамічна система повинна володіти чотирма макроскопічними параметрами: масою M. об'ємом V. тиском p і температурою T. Перші три з них визначаються досить просто і добре відомі з курсу фізики.
Можна дати щонайменше чотири визначення температури, див. [1]:
температура - є міра нагретости тіла, тобто суб'єктивне відчуття теплоти або холоду;
температура - є свідчення спеціального приладу, так званої термометром;
температура - є величина, пропорційна середньої кінетичної енергії молекул;
різні комбінації трьох перших визначень.
Всі ці визначення не володіють точністю і однозначністю на відміну, наприклад, від визначень маси або обсягу. Випадок з температурою є унікальним в науковій практиці - це була перша з фізичних величин, яку навчилися вимірювати, не знаючи, що це таке. Жоден з термометра не вимірює безпосередньо температуру, а той чи інший ефект, пов'язаний зі зміною температури. Наприклад, ртутний, спиртовий або газовий термометри вимірюють зміна обсягу зі зміною температури при постійному тиску; термометр опору фіксує зміна електричного опору зі зміною температури; пірометр пов'язує з температурою яскравість тел, нагрітих до високих температур і т.д. Суворе визначення температури і температурної шкали в рамках термодинаміки дає другий закон термодинаміки в зв'язку з розглядом циклу Карно.
Перші прилади, призначені для вимірювання температури, були сконструйовані Галілеєм (близько 1597 г.) і грунтувалися на зміні обсягу газів при нагріванні.
Рис.1.1. Термоскоп Галілея.
Основні труднощі при конструюванні термометрів полягала у виборі шкали. Перша температурна шкала була запропонована в 1724 році голландським склодувом Д.Фаренгейтом. Потім увійшли до вживання шкали Реомюра і Цельсія. І, нарешті, в 1848 році англійський фізик Вільям Томсон (лорд Кельвін) ввів абсолютну температурну шкалу. звану також шкалою Кельвіна. в якій за початок відліку температури приймається абсолютний нуль. коли теоретично припиняються всі можливі види руху частинок в тілі. В іншому введена Кельвіном абсолютна температурна шкала збігалася зі шкалою Цельсія. У сучасній фізиці в якості реперної крапки вибирається потрійна точка води. У шкалі Кельвіна потрійний точці води приписується температура 273.16 К. Точка замерзання води (танення льоду) має температуру 273.15 К.