Термодинамическое состояние системы определяется совокупностью некоторых ее физических свойств, называемых термодинамическими параметрами состояния. Различают интенсивные и экстенсивные (аддитивные) свойства вещества. Интенсивные свойства (например, температура) не зависят от массы вещества в отличие от экстенсивных свойств, пропорциональных массе (например, объем V, м3). Удельные, т. е. отнесенные к массе вещества, экстенсивные свойства приобретают смысл интенсивных свойств (например, удельный объем). Интенсивные свойства вещества и являются термодинамическими параметрами состояния.
Для однозначного определения термодинамического состояния системы нужно знать лишь ограниченное число термодинамических параметров, называемых независимыми. Все другие термодинамические параметры или свойства системы являются зависимыми и могут быть выражены через независимые параметры.
Термодинамические параметры называются внутренними, если они определяют состояние самой системы, и внешними, если они определяют состояние окружающей среды. В дальнейшем внешние параметры будут обозначаться символами со штрихом.
Если параметры термодинамической системы в любой момент времени одинаковы во всех точках, то система находится в равновесном состоянии. Неравновесное состояние характеризуется неодинаковостью параметров в различных точках системы.
Из всех термодинамических параметров наиболее важными для технической термодинамики являются термические и калорические параметры, которые характеризуют состояние системы в процессах взаимного превращения тепловой и механической энергии. (В литературе для простоты чаще всего употребляется словосочетание "взаимного превращения теплоты и работы").
Основными термическими параметрами являются: абсолютная температура Т, абсолютное давление р и удельный объем v
Температура является мерой нагретости тела и определяет направление передачи теплоты. Абсолютная температура отсчитывается от абсолютного нуля температур по термодинамической температурной шкале и измеряется в Кельвинах (К). На практике часто используется международная стоградусная шкала температур. Температура по стоградусной шкале (t) измеряется в градусах Цельсия (°С). По размеру градус Цельсия равен кельвину, а абсолютный нуль температур соответствует минус 273,15 °С. Таким образом, связь между двумя этими шкалами определяется уравнением
Абсолютное давление - это сила, действующая на единицу площади поверхности по нормали, измеряющаяся в паскалях (Па). Соотношение между единицами измерения давления в системе СИ и других системах выражается следующим образом:
1 Па = 1 H/м2 = 10-6 МПа = 10-5 бар = 1,02 10-5 ат = 0,102 мм вод. ст. = 7,5 10-3 мм рт. ст.
Избыточное давление, измеряемое манометрами и представляющее собой избыток абсолютного давления над барометрическим (р и = р - p бар), а также вакуум, измеряемый вакуумметрами и представляющий собой избыток барометрического давления над абсолютным (р в = p бар - p), термодинамическими параметрами состояния не являются.
Удельный объем представляет собой объем единицы массы v = V / т и измеряется в м3/кг. Обратной ему величиной является плотность, представляющая собой массу единицы объема, ρ = m / V. Плотность измеряется в кг/м3; ρ v = 1.
Из опыта известно, что равновесное состояние термодинамической системы может быть однозначно определено всего лишь двумя независимыми параметрами. Если в качестве определяющих выбрать любую пару независимых термических параметров, то все остальные термодинамические параметры системы можно представить как функции этих параметров. Например, удельный объем однородного тела в состоянии равновесия можно представить в зависимости от давления и температуры v = f (p, Т). При независимых v и Т получим р = f (v, T), а при независимых p и v T = f (p, v).
Таким образом, между тремя термическими параметрами р, v и Т в состоянии равновесия существует однозначная зависимость, которую в неявном виде можно представить уравнением
Эта зависимость называется термическим уравнением состояния. Она индивидуальна для каждого вещества.
В системе координат p, v и T уравнение (1.3) может быть представлено в виде так называемой термодинамической поверхности. Каждое равновесное состояние вещества изображается на этой поверхности точкой.
К основным калорическим параметрам относятся: удельная внутренняя энергия u, удельная энтальпия i и удельная энтропия s. Их свойства будут рассмотрены ниже.