Общие представления термодинамики

Термодинамическое описание интересующего исследователя процесса начинается с разделения физического мира на «систему», включающую те объекты, которые нужно исследовать, и внешнюю (окружающую) среду.

Термодинамические системы по характеру их взаимодействия с окружающей средой делят на три основных типа: изолированные, открытые и закрытые. Изолированная система ограничена оболочкой, через которую не переносится ни вещество, ни энергия.

Закрытой называется система, через границу которой невозможен перенос вещества. Такая система может обмениваться с внешней средой только энергией. Открытой называют систему, через границу которой возможен перенос и энергии, и вещества.

Объектами исследования термодинамики являются макросистемы – системы, состоящие из очень большого количества частиц. Свойства макросистем могут быть описаны с помощью величин, поддающихся экспериментальному определению.

Эти величины называют параметрами состояния системы. Для удобства величины, характеризующие свойства системы, делят на интенсивные и экстенсивные.

Экстенсивные величины зависят от количества вещества в системе (и часто оказываются пропорциональны ему), это – объем, электрический заряд, теплоемкость, энергия и т. д. Большинство пищевых систем являются гетерогенными (многофазными).

Фазу определяют как систему или ее часть, которая однородна по свойствам (имеет одинаковые свойства во всех точках), и ограничена поверхностью раздела, на которой резко меняются некоторые из интенсивных параметров системы.

Температура в поверхностном слое обычно не меняется, а давление может меняться, а может – и не меняться. Поскольку большинство упомянутых изменений происходит на расстоянии всего нескольких молекулярных слоев, подразумевается, что очень маленькое количество вещества никогда не сможет составить фазу.

Понятие фазы приложимо только к системам, объемы гомогенных частей которых не слишком малы. Это является причиной, по которой элементы, подобные мицелле мыла или адсорбированному на некоторой поверхности слою белка, обычно не рассматриваются как отдельная фаза.

Еще одной особенностью является то, что межфазная поверхность имеет избыточную энергию и что при увеличении площади раздела фаз затрачивается энергия, количество которой во многих случаях может быть измерено.