Stare termodinamică - un set de parametri macroscopici care caracterizează starea unui sistem termodinamic [1] . Alegerea parametrilor unui anumit sistem termodinamic depinde de obiectivele studiului [2] , relația dintre parametri se numește ecuația de stare . Numărul de parametri independenți distinși între toți care descriu starea termodinamică se numește numărul de grade termodinamice de libertate [1] . Stările termodinamice sunt împărțite în echilibru și non-echilibru, studiate în cadrul teoriilor relevante.
Termodinamica stabilește un formalism idealizat, care este exprimat prin sistemul de postulate ale termodinamicii. Stările termodinamice sunt printre obiectele sau conceptele fundamentale sau de bază ale formalismului, în care existența lor este postulată formal, și nu derivată sau construită din alte concepte [3] [4] [5] .
Un sistem termodinamic nu este doar un sistem fizic [6] , ci un obiect macroscopic, ale cărui caracteristici microscopice nu sunt luate în considerare în mod explicit în descrierea sa termodinamică. Numărul de variabile de stare necesare pentru a specifica o stare termodinamică variază în funcție de sistem și nu este întotdeauna cunoscut înainte de începerea experimentului; de obicei sunt obținute din date experimentale. Doi sau mai mulți parametri sunt utilizați pentru descriere, dar nu mai mult de câteva zeci. Deși numărul de variabile de stare este stabilit experimental, rămâne alegerea pe care să o folosiți pentru o descriere convenabilă. Un anumit sistem termodinamic poate fi identificat alternativ prin mai multe seturi diferite de variabile de stare. Alegerea se face de obicei pe baza mediului, care este legat de procesele termodinamice și trebuie luat în considerare în descrierea sistemului. De exemplu, dacă se ia în considerare transferul de căldură pentru un sistem, atunci peretele sistemului trebuie să fie permeabil la căldură, iar acest perete trebuie să conecteze sistemul la un corp din mediu ( rezervor termic ) care are un anumit timp independent de timp. temperatura [7] [8] .
Pentru termodinamica de echilibru în starea termodinamică a sistemului, conținutul acestuia este în echilibru termodinamic intern cu fluxuri zero ale tuturor cantităților, atât interne, cât și între sistem și mediu. Pentru Planck, principala caracteristică a stării termodinamice a unui sistem format dintr-o fază în absența unui câmp de forță extern este omogenitatea spațială [9] . Pentru termodinamica de neechilibru , un set adecvat de variabile de stare identificatoare include unele variabile macroscopice, cum ar fi un gradient de temperatură spațială diferit de zero , care indică o abatere de la echilibrul termodinamic . Astfel de variabile de stare care identifică neechilibru indică faptul că există un flux diferit de zero în sistem sau între sistem și mediu [10] .
Pe lângă variabilele termodinamice care identifică inițial starea termodinamică a sistemului, sistemul se caracterizează prin mărimi suplimentare numite funcții de stare termodinamice sau pur și simplu funcții de stare. Ele sunt determinate în mod unic de starea termodinamică dată de variabilele de stare inițială. Tranziția de la o stare termodinamică inițială dată la o stare termodinamică finală dată a unui sistem termodinamic este cunoscută ca proces termodinamic; de obicei este transferul de materie sau energie între sistem și mediu. În orice proces termodinamic, indiferent de condițiile intermediare în timpul trecerii, modificarea corespunzătoare a valorii fiecărei variabile de stare termodinamică depinde doar de stările inițiale și finale. Pentru un proces idealizat continuu sau cvasi-static, aceasta înseamnă că schimbările graduale infinitezimale ale unor astfel de variabile sunt diferențiale exacte. Împreună, schimbările incrementale de-a lungul procesului, precum și stările inițiale și finale, definesc complet procesul idealizat.
Într -un gaz ideal , variabilele termodinamice ar fi oricare trei dintre următoarele patru: numărul de moli, presiunea , temperatura și volumul. Astfel, starea termodinamică va fi într-un spațiu tridimensional al stărilor. Variabila rămasă, precum și alte cantități, cum ar fi energia internă și entropia , vor fi exprimate ca funcții ale stării acestor trei variabile. Funcțiile de stare satisfac anumite constrângeri universale exprimate de legile termodinamicii și depind de caracteristicile materialelor care alcătuiesc un anumit sistem.
Multe tipuri de diagrame termodinamice au fost dezvoltate pentru a modela tranzițiile între stările termodinamice.
Sistemele fizice găsite în natură sunt aproape întotdeauna dinamice și complexe, dar în multe cazuri sistemele fizice macroscopice pot fi descrise în termeni de apropiere a condițiilor ideale. O astfel de condiție ideală este starea de echilibru stabil. O astfel de stare este un obiect primitiv al termodinamicii clasice sau de echilibru, în care se numește stare termodinamică. Pe baza multor observații, termodinamica postulează că toate sistemele care sunt izolate de mediul extern se vor dezvolta în așa fel încât să se apropie de stări unice de echilibru stabil. Există un număr de tipuri diferite de echilibru care corespund diferitelor variabile fizice, iar un sistem atinge echilibrul termodinamic atunci când condițiile tuturor tipurilor relevante de echilibru sunt îndeplinite simultan. Mai multe tipuri de echilibru: