Termodinamica

Termodinamica studiază procesele fizice care au loc în sisteme cu un număr foarte mare de particule, în care intervin şi fenomene termice. Un sistem termodinamic este o porţiune oarecare din Univers care poate interacţiona cu mediul înconjurător (exteriorul).
Un sistem este izolat dacă nu interacţionează cu exteriorul. Un sistem închis schimbă numai energie cu exteriorul. Un sistem este deschis dacă schimbă substanţă cu mediul
înconjurător.
Starea unui sistem termodinamic la un moment dat este determinată de un număr finit de parametri numiţi parametrii de stare. Presiunea şi volumul sunt parametri mecanici, iar temperatura este un parametru specific termodinamicii.Parametrii intensivi (presiunea, temperatura, concentraţia, tensiunea electrică etc.) nu depind de numărul de particule din sistem, având aceeaşi valoare pentru toate elementele constituiente ale sistemului. Parametrii extensivi (volumul, energia internă, entropia, sarcina electrică etc.) sunt proporţionali cu numărul de particule din sistem, fiind mărimi aditive.
Pentru a exprima lucrul mecanic elementar, asociem fiecărui contact (mecanic, electric,magnetic, chimic etc.) dintre sistem şi exterior o pereche de parametri – unii de forţă(exemplu: presiunea) şi alţii de poziţie  (exemplu: volumul). Parametrii corespunzători contactului mecanic sînt presiunea şi volumul.
Starea de echilibru termodinamic este o stare în care parametrii de stare sunt constanţi în timp şi nu există fluxuri în interiorul sistemului.
Principiul general al termodinamicii (primul postulat) arată că dacă un sistem termodinamic izolat este perturbat la un moment dat, atunci după încetarea perturbaţiei sistemul evoluează spontan (de la sine) către o stare de echilibru termodinamic, pe care o atinge după un timp τ numit timp de relaxare. Sistemul nu poate ieşi niciodată de la sine din starea de echilibru termodinamic.Trecerea unui sistem dintr-o stare de echilibru termodinamic în altă stare de echilibru constituie un proces termodinamic.
Procesele termodinamice pot fi clasificate din mai multe puncte de vedere:
a) după legătura dintre starea finală şi cea iniţială, în:
- ciclice, când starea finală coincide cu starea iniţială;
- neciclice, când starea finală este diferită de starea iniţială.
b) după mărimea variaţiei relative a parametrilor de stare, în:
- infinitezimale (variaţia relativă a parametrilor de stare este foarte mică);
- finite (cel puţin un parametru suferă o variaţie finită).
c) după viteza de desfăşurare (natura stărilor intermediare), în:
- cvasistatice (stările intermediare sunt arbitrar de apropiate de stările de echilibru);
- nestatice (stările intermediare nu pot fi complet caracterizate din punct de vedere termodinamic, sistemul nefiind omogen). Numai pentru stările de echilibru termodinamic sunt definiţi parametrii de stare.
Deosebirea dintre aceste două tipuri de procese este dată de timpul de relaxare τ . În procesele cvasistatice variaţia parametrilor este suficient de lentă, aşa încît, prin procese de relaxare, sistemul se poate adapta în fiecare moment noilor condiţii, astfel că stările intermediare prin care trece sistemul pot fi considerate stări de echilibru.
 Procesele în care variaţia parametrilor este mare, astfel că stările intermediare nu sunt stări de echilibru, sunt procese nestatice (se reprezintă simbolic printr-o bandă haşurată).
Un proces este considerat cvasistatic dacă timpul caracteristic procesului este mai mare sau egal cu timpul de relaxare (t ≥ τ); dacă însă t < τ procesul este nestatic.
d) după modul în care sistemul poate reveni dintr-o stare finală în starea iniţială, în:
- reversibile, dacă în final sistemul şi mediul înconjurător revin la stările lor iniţiale;
- ireversibile, în caz contrar.
Sensul unui proces poate fi inversat doar în absenţa efectelor disipative (frecare,vâscozitate, histerezis magnetic, rezistenţă electrică etc.). Un proces este reversibil dacă este efectuat cvasistatic (suită de stări de echilibru ce pot fi parcurse în ambele sensuri) şi dacă lipsesc efectele disipative. Toate procesele reale sunt ireversibile. Totuşi, procesele reversibile au o mare importanţă teoretică, fiind cazuri limită la care tind transformările reale nedisipative, atunci când devin foarte lente.