Введение

Термодинамика равновесия – это систематическое изучение преобразований вещества и энергии в системах с точки зрения концепции термодинамического равновесия. Слово «равновесие» подразумевает состояние баланса. Термодинамика равновесия берет свое начало в анализе цикла Карно. В типичном случае система, например цилиндр с газом, изначально находится в собственном состоянии внутреннего термодинамического равновесия, затем выводится из равновесия за счет подвода тепла от реакции сгорания. После этого, через ряд этапов, по мере того как система переходит в конечное равновесное состояние, совершается работа. В состоянии равновесия потенциалы, или движущие силы, внутри системы находятся в точном балансе. Центральная задача термодинамики равновесия состоит в том, чтобы, задав систему в определенном начальном состоянии термодинамического равновесия и точно указав ограничения, вычислить, каким будет состояние системы после изменения ограничений под воздействием внешнего вмешательства, когда она достигнет нового равновесия. Математически состояние равновесия определяется путем поиска экстремума термодинамической потенциальной функции, характер которой зависит от ограничений, наложенных на систему. Например, химическая реакция при постоянной температуре и давлении достигнет равновесия при минимуме свободной энергии Гиббса ее компонентов и максимуме их энтропии. Термодинамика равновесия отличается от неравновесной термодинамики тем, что в последней состояние исследуемой системы обычно не является однородным, а локально изменяется, например, в распределениях энергии, энтропии и температуры, вследствие градиентов, создаваемых диссипативными термодинамическими потоками. В термодинамике равновесия, напротив, состояние системы считается однородным во всем объеме и определяется макроскопически такими величинами, как температура, давление или объем. Системы изучаются с точки зрения перехода из одного состояния равновесия в другое; такое изменение называется термодинамическим процессом. Геометрия Руппейнера – это тип информационной геометрии, используемый для изучения термодинамики. Она утверждает, что термодинамические системы могут быть представлены римановой геометрией, и что статистические свойства могут быть выведены из этой модели. Эта геометрическая модель основана на идее о существовании состояний равновесия, которые можно представить точками на двухмерной поверхности, а расстояние между этими состояниями равновесия связано с флуктуациями между ними.