Основные понятия. Система

Термодинамика появилась в восемнадцатом-девятнадцатом веках в качестве учения о движении тепла и превращении его в работу. На сегодняшний день понятие термодинамики порядком отошло от тепла (да и от работы, вообще говоря, тоже) и включает в себя учение об энергии и превращениях энергии макроскопических систем, то есть систем, состоящих из настолько большого количества частиц, которое позволяет считать каждую частицу точкой, лишенной индивидуальности.

Важнейшим приемом, которым постоянно пользуется термодинамика, является деление Вселенной на две части. При рассмотрении любого явления термодинамика произвольно выделяет из Вселенной некоторую ее часть, которую рассматривает более подробно. Эта выделенная часть именуется системой, а все остальное - окружением (или окружающей средой). Вообще говоря, системой может быть почти все, что угодно. Важно лишь, чтобы систему можно было рассматривать как совокупность безликих точечных частиц (например, молекул). Системой может быть вода в стакане (или вода вместе со стаканом), комната, в которой я сейчас сижу, планета или еле видимая глазу пылинка. В любом случае, система бесконечно меньше окружения, поскольку Вселенная бесконечна, а система всегда лишь некоторая ее часть, которая в данный момент нас интересует.

Системы бывают нескольких видов. Наиболее важные виды систем - это:

Изолированные системы - такие системы не могут обмениваться с окружением ни массой, ни энергией. Хорошим примером изолированной системы будет плотно закрытый термос. Понятно, что реальный термос все-таки обменивается с окружающей средой энергией, поскольку рано или поздно чай в термосе остынет. Но этот обмен достаточно мал, поэтому в разумном масштабе времени (скажем, несколько часов) термос - изолированная система. В идеально изолированной системе чай не остынет никогда.

Закрытые системы - в них запрещен обмен массой, но разрешен обмен энергией. Примером закрытой системы может служить герметично запаянный пластиковый пакет с водой. Вода не может (в идеале, конечно) выйти из пакета, воздух из окружения тоже не может проникнуть в пакет, однако температура в пакете быстро сравнивается с температурой окружения.

Открытые системы - в них разрешен обмен как массой так и энергией. Открытых систем гораздо больше, чем других, даже не знаю, какие из них привести в качестве примера. Скажем, дырявые башмаки, сквозь которые свободно проходит и холод, и слякоть, являются хорошим примером открытой системы.