敞開體系

背景知識

體系與環境

體系：在科學研究時必須先確定研究對象，把一部分物質與其餘分開，這種分離可以是實際的，也可以是想像的。這種被劃定的研究對象稱為體系。也可以稱為物系或系統。

環境：與體系密切相關，有相互作用或影響所能及的部分稱為環境。

根據體系與環境之間的關係，可以把體系分為三類。

孤立體系與敞開體系對比

孤立體系是指：系統與環境之間既無物質交換，又無能量交換，故稱為孤立體系。有時候把封閉體系和體系影響所及的環境一起作為孤立體系來考慮。任何能量或質量都不能進入或者離開一個孤立系統，只能在系統內移動。除了把整個宇宙視為一體之外，孤立系統並不存在於現實之中。但是，在一定次數內，有些真實系統的行為近乎於孤立系統。因而，孤立系統的概念可以作為真實情況的一個近似模型。在建立以數學模型描述一些自然現象時，孤立系統是個可被接受的模型。孤立系統的能量守恆，粒子數也同時守恆。

敞開系統：系統與環境之間既有物質交換，又有能量交換；經典熱力學不研究敞開系統；

孤立體系與敞開體系模型對比

可被近似於孤立系統的模型包括：

1.太陽系內的太陽以及行星

2.氫原子內的質子以及電子（在某情況下氫原子會被電磁輻射激發）

3.由堅固的不導熱壁包裹的氣體或者液體

在檢證熱力學第二定律中的熵增加的假設時，玻爾茲曼所用的方程便假設了系統是孤立的。

可以被認為是敞開體系的模型為；

例如合成氨反應器(塔)，原料〔氫和氮)可以進人反應器，而生成物—氨可被排出反應器。反應放出的熱可被環境取走。人體也是一個敞開系統。

確定體系的重要性

體系的性質

在熱力學體系中，通常把溫度、壓力、體積、密度等巨觀物理量稱為體系的性質。按其特徵可將體系的性質分為兩種類型：

1）廣度性質（extensive property）: 量值與體系中物質的數量成正比，所以又稱容量性質。比如物質的體積、質量、熱容量以及隨後將介紹的熱力學能和焓等都是廣度性質。廣度性質具有加和性。

2）強度性質（intensive property）: 量值取決於體系的自身特性，與體系中物質的數量無關，不具有加和性。比如溫度、壓力、濃度、密度、粘度等即都是體系的強度性質。強度性質不具有加和性。

體系與狀態函式

（1）體系的狀態確定，體系的各種性質即所有的狀態函式也都確定，反之亦然。

（2）當體系的狀態發生變化，體系的狀態函式也變化，但不一定所有的狀態函式都變化，如定溫、定壓過程。

（3）反過來，當體系有一個狀態函式發生變化，體系的狀態一定發生變化。

知識擴展

其他兩種熱力學常用的假象體系：

封閉系統：系統與環境之間無物質交換，但有能量交換；經典熱力學最為廣泛研究的系統；