Redigerer Termodynamikk (avsnitt)

==System og variable==

[[Fil:system boundary.svg|250px|thumb|Et termodynamisk system er definert i rommet ved en grenseflate. Gjennom den kan [[varme]], [[arbeid (fysikk)|arbeid]] og partikler utveksles.]]

Et termodynamisk system kan bestå av mye forskjellig og komme i et utall forskjellig utgaver. Men det skal kunne skilles klart fra omgivelsene og dets egenskaper skal kunne angis ved makroskopiske størrelser. For et system som for eksempel består av gass eller væske, ville dette være [[temperatur]] og [[trykk]], mens det for en [[magnet]] ville være [[magnetisering]] og det [[magnetisk felt|magnetiske feltet]] den befinner seg i. Hvis det består av forskjellige stoffer, må også mengden av hver dem benyttes i en fullstendig beskrivelse.

Slike termodynamiske variable deles i to hovedklasser, '''intensive''' og '''ekstensive'''. De kan bestemmes ved for eksempel å dele systemet i to. Man får da to ny systemer. Hvis noen av de opprinnelige variable er de samme i disse delsystemene, kalles de for [[Intensive og ekstensive egenskaper|intensive variable]]. Hvis en opprinnelig variabel derimot er blitt halvert, kalles den for en [[Intensive og ekstensive egenskaper|ekstensiv variabel]].<ref name = Zemansky>M.W. Zemansky,  ''Heat and Thermodynamics'', McGraw-Hill Book Company, New York (1957).</ref>

Omgivelsene til systemet kan være i kontakt med det på flere ulike måter. Grenseflaten mellom dem kan slippe igjennom varme og systemet sies da å være «termisk åpent». Hvis ikke, er denne flaten termisk lukket og systemet er isolert. Den kan også tillate at systemet kan utføre [[arbeid (fysikk)|arbeid]] på omgivelsene som ville bety at det er «mekanisk åpent». Likedan vil det være «kjemisk åpent» hvis grenseflaten kan slippe partikler ut og inn til systemet.

===Termodynamisk likevekt===

Når de variable størrelsene som karakteriserer et system, ikke forandrer seg med tiden, sies det å være i [[termodynamisk likevekt]]. Det er da i en viss [[termodynamisk tilstand]]. De samme variable kan likevel benyttes når systemet benyttes i en eller annen prosess hvor det går over fra én likevektstilstand til en annen. Da må det skje på en slik måte at det inntar en slik tilstand over et mye kortere tidsrom enn hva som beskriver selve prosessen. Den sies da å være '''reversibel'''. I det motsatte tilfellet er den '''irreversibel''' og systemet går gjennom tilstander som ikke kan beskrives ved dets vanlige, makroskopiske variable.<ref name = Zemansky/> 

===Tilstandsligning===
[[Fil:P-V-T Diagram (Water).de.svg|thumb|300px|Skjematisk tilstandsflate for vann H<sub>2</sub>O som er en [[gass]] ved høy temperatur. Når den blir under 0&thinsp;&deg;C, fryser det til is.]]
Når systemet er i likevekt, er alle dets termodynamiske variable forbundet ved en [[tilstandsligning]]. For et system bestående av et stort antall partikler i termisk likevekt ved en gitt temperatur ''T&thinsp;'' i et volum ''V'', vil denne vanligvis angi trykket ''P&thinsp;'' til dette systemet som en funksjon av disse tro variable,

: <math> P = P(T, V) </math>

Ved høye temperaturer ville denne beskrive egenskapene til en gass, mens den ved lavere temperaturer eventuelt også ville gi egenskapene til den væsken som gassen går over til ved [[kondensasjon]]. Det mest kjente eksempelet er [[van der Waals tilstandsligning]] som gir en ganske realistisk fremstilling av en reell gass hvor partiklene vekselvirker med hverandre. 

Hver slik tilstandsligning fremstiller en [[flate]] i det tredimensjonale rommet med koordinater ''P,T'' og ''V''. En likevektstilstand tilsvarer et punkt på denne «tilstandsflaten», mens en reversibel prosess kan beskrives som en [[kurve]] på flaten.<ref name = Sears/>

Da et magnetisk system har magnetisering ''M'' ved temperaturen ''T'' under påvirkning av magnetfeltet ''B'', vil det kunne beskrives ved en tilstandsligning av formen {{nowrap|''M'' {{=}} ''M''(''T,B'')}}. Den beskriver igjen en flate i (''M,T,B'')-rommet.

===Kjemisk potensial===

Mulige anvendelser av termodynamiske prinsipp ble kraftig utvidet i 1876 da [[Josiah Willard Gibbs|Willard Gibbs]] ga ut sitt første av to verk ''[[On the Equilibrium of Heterogeneous Substances]]''. Det omhandlet system som består av flere, forskjellige stoffer og som i tillegg kan utveksles med omgivelsene. Hvis systemet mottar et lite antall ''dN&thinsp;'' av slike partikler, øker dets [[indre energi]] med ''&mu;dN&thinsp;'' hvor ''&mu;&thinsp;'' er dets [[Kjemisk potensial|kjemiske potensial]]. Denne lille økningen representerer dermed det kjemiske arbeidet som blir utført ved utvekslingen.

Når man tillater en slik materiell forandring i systemet, må den termodynamiske identiteten forandres til

: <math> dU = TdS - PdV + \mu dN </math>

hvor nå den indre energien må betraktes som en funksjon ''U''(''S,V,N''). Den avhenger kun av systemets ekstensive variable. Med innføringen av det kjemiske potensialet var grunnlaget for [[kjemisk termodynamikk]] lagt.<ref name = Atkins/>