Изображение процессов в термодинамическом конфигурационном пространстве

Фундаментальное уравнение определяет поверхность в термодинамическом конфигурационном пространстве. Термодинамическое конфигурационное пространство — это абстрактное пространство, координатами которого являются энтропия и другие экстенсивные свойства системы (U, V, …, Xj,…). Каждая точка на поверхности в конфигурационном пространстве характеризует равновесное состояние. На рис. 15.5 изображена гиперповерхность S = S (U, …, Xj, …) в конфигурационном пространстве простой системы.

Рис. 15.5. Гиперповерхность S = S (U, …, Xj, …) в конфигурационном пространстве простой системы Фундаментальное уравнение сложной системы (которая состоит из нескольких подсистем) также определяет поверхность в термодинамическом конфигурационном пространстве (рис. 15.6).

Квазистатический процесс можно представить как траекторию на поверхности S (U,…, Xj,…) в конфигурационном пространстве (рис. 15.7). ABCD… GH — точки (состояния), изображающие квазистатический процесс.

Следует отметить, что:

• 1) процесс протекает в направлении возрастания энтропии;
• 2) переход от точки к точке сопровождается бесконечно малым изменением параметров системы;
• 3) траектория А…Н изображает необратимый процесс изолированной системы.

Рис. 15.6. Гиперповерхность в конфигурационном пространстве сложной системы.

Рис. 15.7. Квазистатический процесс в термодинамическом конфигурационном пространстве Предельный случай квазистатического процесса, в котором энтропия остается неизменной, называется изоэнтропным (процесс Л—В, рис. 15.8).

Рис. 15.8. Обратимый процесс в конфигурационном пространстве.

Рис. 15.9. Равновесное состояние как координата условного максимума энтропии и минимума внутренней энергии Условия равновесия термодинамической системы по Гиббсу (15.7), (15.8) в рассмотренном конфигурационном пространстве можно представить с помощью рис. 15.9, из которого, в частности, следует, что данному состоянию равновесия (точка А) соответствуют одновременно максимум энтропии и минимум внутренней энергии.