Әдістемелік нұсқау Физика 10



Pdf көрінісі
бет5/26
Дата13.03.2020
өлшемі1,89 Mb.
#60078
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   26
Байланысты:
19a38f73885070998eadef0f10417db4
1566913256337, СОР Алгебра 7кл каз, 19a38f73885070998eadef0f10417db4, 1567089479235, 19a38f73885070998eadef0f10417db4, 19a38f73885070998eadef0f10417db4, СОЧ Алгебра 7кл каз, sor geografiya 7kl kaz, sor fizika 7kl kaz n2, 1384409234447

термодинамика
температура.  Бұл  ұғымды  енгізу  барысында  келесі  мәселелерді  ескеру 
қажет.
Әр адамның мектепте физиканы оқымай тұрып-ақ температураны физио-
логиялық бағалау негізінде (ыстық, жылы, суық және т.с.с.) денелердің (өз 
денесін қоса алғанда) жылулық күйі және термометрді (әдетте, сынапты немесе 
спиртті) пайдалану туралы қандай да бір түсініктері қалыптасады. Ғылыми 
тұрғыдан бұл түсініктердің анықталмағандығы әбден түсінікті және физиканы 
оқып-үйрену барысында оларды нақтылау әрі температура ұғымына ғылыми 
мазмұн беру талап етіледі.
Ең  әуелі  температура  денелердің  жылулық  күйін  қалай  сипаттайтынын 
айқындау  қажет.  Бұл  мәселені  талқылау  температура  туралы  қарапайым 
түсінікке түзету енгізеді. Қорыта келсек, температура ұғымының тек денелердің 
(немесе денелер жүйесінің) жылулық (дәлірек айтқанда термодинамикалық) 
тепе-теңдік күйі үшін ғана мағынасы болады. Температура — дененің осы 
күйінің  маңызды  сипаттамасы,  өйткені  ол  бірқатар  тамаша  қасиеттерге 
ие: тепе-теңдік күйдегі жүйенің барлық бөліктерінің температурасы бірдей 
болады; жүйенің әртүрлі бөліктерінің температурасы тепе-теңдік күйге өткенде 
теңеледі; температурасы неғұрлым жоғары дененің энергиясы жылу алмасу 
арқылы температурасы неғұрлым төмен денеге беріледі; әртүрлі денелердің 
температуралары  теңелгенде  олардың  арасындағы  жылу  алмасу  тоқтайды. 
Температураны  осылайша  түсінгенде  ол  туралы  қарапайым  түсініктер 
жалпыланады  және  оның  температураны  термометрмен  өлшеу  кезінде-
ақ  интуитивті  пайдаланылған  қасиеттері  айқындалады.  Температураның 
енгізілген  ұғымы  ғылыми  тұрғыдан  әлі  қатаң  анықталмағанымен,  ол 
температураны түрлі термометрлермен өлшеудің кең тараған тәсілі туралы 
мәселені талқылауға мүмкіндік береді. Бұнда термометрдің өз температурасын 
көрсететінін баса айту маңызды әрі температураны өлшеу үшін термометрді 
денемен жанастыру керек және дене мен термометр арасындағы жылу алмасу 
тоқтағанын күту қажет. Міне, термометрдің осы тұрақтылығын көрсетулері 
дене температурасы ретінде қабылданады.
Температураның  қарастырылған  қасиеттерімен  қатар,  оны  өлшеу  үшін 
температура өзгергенде қандай да бір экстенсивті параметрдің (көлем, кысым, 
өткізгіш кедергісі және т.б.) өзгеруінің эмпирикалық заңы пайдаланылады. 
Әдетте,  термометр  жасауды  және  оны  градуирлеуді  жеңілдету  үшін  осы 
шамалар арасындағы сызықтық байланысты таңдайды.
Температураның  физикалық  мағынасын  айқындаудың  әртүрлі  тәсілдері 
бар. Термодинамикалық тәсілде термодинамиканың екінші заңын пайдалана 
отырып,  температураға  анықтама  беруге  болады,  бірақ  онда  бұл  ұғымның 
Физикалық  мәні  ашылмайды.  Осы  ұғымның  молекулалық-кинетикалық 

37
түсіндірмесі  оны  енгізудің  кезеңдерімен,  біріншіден,  жылулық  тепе-
теңдік  күйдің  сипаттамасы  ретіндегі  температураның  негізгі  қасиеттерін 
қарастырумен және оны сынапты және сол тәріздес термометрлермен өлшеудің 
қабылданған тәсілдерінің кемшіліктерін түсіндірумен, екіншіден, көрсетілген 
мәселелерді  температураның  қасиеттері  бар  физикалық  шамаларды  табу 
міндетінің қойылуына алғышарт болатын талқылаумен байланысты.
Жоғарыда айтылғандай, идеал газдың жылулық тепе-теңдігі үшін, яғни 
температура  тұрақты  болғанда, 
ðV=
αÅ теңдігі дұрыс болатыны теориялық 
тұрғыдан тағайындалған, мұндағы 
α = const. Сонымен бірге жылулық тепе-
теңдік үшін 
Å=const екені, яғни идеал газдың осы күйі үшін молекулалардың 
орташа  кинетикалық  энергиясының  өзгермейтіні  және  көлем  бойынша 
бірқалыпты таралғандығы тағайындалған. Оның үстіне, осы күйде жеткілікті 
сиретілген,  яғни  идеал  газға  жақын  газдар,  бірдей  қасиеттерге  ие.  Олар 
үшін 
ðV = const  (газдың  берілген  массасы  үшін)  болатыны  эксперимент 
жүзінде анықталған. Осы тұжырымды (Бойль–Мариотт заңын) газ қысымы 
мен  көлемінің  әртүрлі  температуралардағы  өзгеруінің  кең  интервалында 
эксперименттік тексеру оның дұрыстығын дәлелдейді.
Теория  мен  тәжірибенің  осы  мәліметтерін  салыстыру  молекулалардың 
орташа  кинетикалық  энергиясы  идеал  газ  температурасының  өлшемі 
бола  алатыны  туралы  қорытынды  жасауға  мүмкіндік  береді,  өйткені  бұл 
энергия жүйедегі жылулық тепе-теңдікті сипаттайды және температураның 
қарастырылған  қасиеттеріне  ие.  Ол  молекуланың  массасы  мен  ішкі 
құрылымына  тәуелді  болмайды.  Сондықтан 
Å  шамасын  газдың,  сондай-ақ 
онымен жылулық тепе-теңдікте болатын дененің температурасының өлшемі 
ретінде қабылдауға болады. Температура өлшемі ретінде 
E = 
3
2
kT шамасы 
алынады. Онда 
E = 
2
3
kT және p = 
2
3
nE, немесе ð пkТ, яғни біз (3) теңдеуді 
экспериментте тексеруге болатын түрінде алдық.
Ең  соңында  температураның  шкаласы  мен  өлшем  бірлігін  таңдап  алу 
маңызды.  Температураны  енгізудің  осы  кезеңінде 
ð = 
αÒ  тәуелділігіне 
сәйкес шкаланың шартты түрде таңдалып алынатыны баса айтылады және 
энергетикалық  шкала  мен  термодинамикалық  шкала  (сондай-ақ,  Цельсий 
шкаласы) арасындағы байланыс тағайындалады.
Сөйтіп,  идеал  газды  термодинамикалық  дене  ретінде  пайдалану  кезінде 
біз  газ  термометрінің  шкаласын 
ð = 
αÒ (бұл m = const; болғандағы идеал 
газ күйінің теңдеуінен шығады) деп қабылдайтынымызға сәйкес сызықтық 
болатындай етіп градуирлейміз.
Температура  —  жүйенің  жылулық  тепе-теңдік  күйін  сипаттайтын 
термодинамикалық параметр. Жүйенің осы қарқынды параметрін анықтау 
үшін оның қасиеттерін ғана емес, сонымен қатар температура өзгерген кездегі 
қандай  да  бір  экстенсивті  параметрдің  өзгеру  заңын  да  білу  талап  етіледі. 
Температураны өлшеу үшін температура сияқты жылулық тепе-теңдік күйдегі 
барлық денелер үшін бірдей болатындай экстенсивті параметрді алу ыңғайлы 
екені түсінікті. Температураның көрсетілген қасиеті тек эмпирикалық жолмен 
айқындалады,  ал  осындай  қасиеттері  бар  экстенсивті  шаманы  теориялық 
түрде ғана анықтауға болады. Жүйенің жылулық тепе-теңдік күйінің мәні, 
молекулалық-кинетикалық талдау көрсеткендей, молекулалардың жылулық 

38
қозғалысының  орташа  кинетикалық  энергиясы  болып  табылады.  Бұл 
энергияны тікелей өлшеу мүмкін емес, бірақ (3) теңдеуге сәйкес бұл шама 
тұрақты көлемдегі газдың қысымына тура пропорционал. Сонымен, газдардың 
кинетикалық  теориясы  температураның  қабылданған  анықтамасының 
мағынасын түсіндіріп қана қоймай, сонымен бірге оны өлшеу тәсілдерін де 
көрсетеді.
Температура ұғымын анықтағаннан кейін ғана газ заңдарын және жалпы 
барлық жылулық құбылыстарды әдістемелік тұрғыдан сауатты қарастыруға 
болады.
Молекулалардың  жылулық  қозғалысы  туралы  ұғым.  Молекулалардың 
жылулық  қозғалысын  зерттеудің  статистикалық  және  термодинамикалық 
әдістерін біріктіре қолдану бұл қозғалыстың басты ерекшелігі қайтымсыздық 
екенін  көрсетті.  Барлық  жылулық  қозғалыстар  ақыр  аяғында  денелердің 
атомдары  мен  молекулаларының  механикалық  қозғалысына  келіп  саяды. 
Сондықтан  жылулық  процестердің  қайтымсыздығы  бір  қарағанда  барлық 
механикалық  қозғалыстардың  қайтымдылығымен  қарама-қайшылықта 
болады.  Шын  мәнінде  бұл  тек  солай  болып  көрінетін  қарама-қайшылық. 
Нақтысында  жылулық  процестердің  қайтымсыздығының  ықтималдық 
сипаты бар және денені құрайтын бөлшектер мен молекулалардың орасан көп 
санына байланысты болады. Жылулық және механикалық қозғалыстардың 
қасиеттеріндегі  осы  маңызды  айырмашылық  жылулық  процестердің 
статистикалық  және  термодинамикалық  заңдылықтарының  ерекшелігінде 
өз бейнесін тапқан.
Орта мектепте молекулалық физиканы зерделеу кезінде жылулық қозғалыс 
туралы ұғымды қалыптастыру физика ғылымының баяндалған қағидаларына 
едәуір сәйкес келеді.
Оқушылар заттың молекулалық құрылысымен және молекулалар әлемінің 
сипаттамасымен неғұрлым толыққанды танысады.
Бөлімде  жылулық  қозғалыстың  қасиеттері  (бейберекеттік,  үздік сіздік, 
заңды лықтардың статистикалық сипаты) туралы мәліметтер мен осы қасиет-
терді сипаттауға арналған ұғымдар (жылулық қозғалысының жыл дамдығы, 
молекулалар  жылдамдығының  орташа  квадраты,  молекула лардың  орташа 
кинетикалық энергиясы, молекулалардың орташа кинетикалық энергиясының 
өлшемі – температура) пайдаланылады.
термодинамиканың  бірінші  заңы.  термодинамиканың  бірінші  заңын 
изопроцестерге  қолдану.  Термодинамиканың  бірінші  заңы,  анығында, 
термодинамикалық жүйелер үшін энергияның сақталу заңының дұрыстығын 
дәлелдейді.  Бұл  заң  кез  келген  кең  жалпылап  қорытулар  сияқты  жалпы 
мағынасы бірдей болатын бірқатар түрлі тұжырымдауларды болжамдайды, 
бірақ оларды әртүрлі нақты мәселелерді талқылау үшін пайдаланады, оны 
орта  мектептегі  физика  курсын  оқытуда  ескеру  маңызды.  Заңның  барлық 
тұжырымдарын  қарастырмай-ақ,  физика  курсы  үшін  неғұрлым  үлкен 
қызығушылық  тудыратыны  энергияның  сақталу  және  айналу  заңының 
математикалық өрнегімен байланысты тұжырым екенін атап өтуге болады, 
өйткені  ол  неғұрлым  жалпы  және  оқушыларды  оның  әртүрлі  жылулық 
процестерді талдауға қолданылуымен таныстыруға мүмкіндік береді.

39
Энергияның сақталу принципі қарастырылып отырған денелер жүйесінің 
(немесе  дененің)  бір  күйден  екінші  күйге  өту  кезіндегі  ішкі  энергияның 
өзгерісі әрқашан осы өтудің сипаты мен тәсіліне тәуелсіз бірдей болуы тиіс 
болып  табылады.  Жан-жақты  эксперименттік  тексеру  осы  тұжырымның 
дұрыстығын көрсетеді және бір күйден екінші күйге өту кезіндегі жүйенің ішкі 
энергиясының өзгерісі әрқашан жылу мөлшері мен жұмыстың қосындысына 
тең болатыны айқындалады: 
U = Q + A.
Осы  түрде  өрнектелген  энергияның  сақталу  заңы  термодинамиканың 
бірінші заңы деп аталады.
Термодинамика  заңын  оқып-үйрену  әдісі  ішкі  энергия  ұғымын  енгізу 
жолдарына байланысты болатынын көру қиын емес.
Макрожүйенің қасиеттерін сипаттаудың термодинамикалық тәсілін көрнекі 
көрсету  үшін  оқшауланған  (тұйық,  консервативті)  жүйе  күйінің  жалпы 
сипаттамасы ретіндегі ішкі энергияны өлшеу тәсілін көрсету қажет. Мұндай 
жүйенің  аса  маңызды  қасиеті:  егер  қайсыбір  бастапқы  уақыт  мезетінде 
жүйе макропараметрлерінің орташа мәндері оның кез келген бөліктері үшін 
олардың мәндеріне тең болмаса, онда алдағы уақытта жүйе міндетті түрде 
жылулық  (статистикалық)  тепе-теңдік  күйге  өтеді.  Осы  күйде  жүйе  мен 
оның бөліктерінің макропараметрлерінің шамалары үлкен салыстырмалылық 
дәлдікпен өздерінің орташа мәндеріне тең болады.
Жылулық құбылыстарды талдауда жүйенің нақты күйі үшін ішкі энер-
гия ның мәнін емес, жүйенің бір тепе-теңдік күйден екіншісіне өткен кездегі 
өзгеруін  білу  маңызды.  Анықтама  бойынша  жүйенің  ішкі  энергиясы  деп 
адиабаталық қабықшада жүйе кез келген процестегі өсімшесі жүйенің бас тап-
қы күйден соңғы күйге өту кезінде сыртқы күштер атқаратын жұмысқа тең 
күй функциясын айтады. Ішкі энергияның бұндай анықтамасы осы шаманы 
өлшеудің принципті тәсілін меңзейді: жүйенің 1-күйден 2-күйге адиабаталық 
өтуі  кезіндегі  ішкі  энергияның  өзгерісі 
U
ад
  кез  келген  процесте  жүйенің 
осы өтуіндегі сыртқы күштердің 
À
12
 жұмысына тең, яғни 
U
ад
 = 
U

– 
U
1
 және 
U
ад
 = 
À
12
.
Ішкі энергияның осы қасиеттерінің арқасында термодинамиканың бірінші 
заңының көмегімен жүйеге келетін жылулық әсерді механикалық жұмыстың 
сандық мөлшеріндегі 
U
ад
 шамасын өлшеу жолымен сандық бағалауға болады. 
Сондықтан термодинамиканың бірінші заңы оған енетін барлық шамаларды 
макроскопиялық  өлшеу  үшін  негіз  болып  табылады.  Оқушыларға  осы 
тұжырымның мәнін түсіндіру заңға енетін шамаларды өлшеудің принципті 
тәсілін  қарастыруға  мүмкіндік  береді.  Ішкі  энергияны,  жылу  мөлшерін, 
сондай-ақ  жылусыйымдылықты  өлшеу  ақыр  соңында  сыртқы  күштердің 
жұмысын өлшеуге келіп саяды. Ол үшін жүйені адиабаталық жағдайларға 
орналастырып, оның қарастырылып отырған күйге кез келген жолмен өткен 
кезінде  сыртқы  күштер  атқаратын  жұмысты  өлшеу  керек.  Осы  жолмен 
жүйенің  ішкі  энергиясын  температура,  қысым  және  көлемнің  функциясы 
ретінде  табуға  болады.  Тәжірибеде  бұл  әдісті  адиабаталық  жағдайларға 
орналастырылған дене — колориметрді пайдалана отырып қолданады. Бұндай 
дене  ретінде,  мысалы,  суды  алуға  болады.  Сұйықтың  ішкі  энергиясы  тек 
температураға ғана тәуелді болады, өйткені оның қысымы мен көлемі, әдетте, 
тұрақты. Бұл жағдайда ішкі энергияның өзгеруі температураның өзгеруіне 

40
келіп саяды. Температураның өзгеруі ішкі энергияның өзгеруін білдіреді, ал 
бұл жүйенің бір күйден екінші күйге өту процесін сипаттайтын жылу мөлшері 
туралы айтуға мүмкіндік береді.
Мектепте  заңның 
U = Q + À түріндегі жазылуын пайдаланған тиімді. 
Бұл жағдайда ішкі энергияны жылу алмасу және жұмыс атқару тәсілдерімен 
өзгертуге болатынына назар аударылады. 
Q шамасын жылу алмасу бағытын 
көрсететіндей  белгілі  бір  таңбамен  алады.  Егер  жылу  алмасу  нәтижесінде 
дененің  ішкі  энергиясы  артатын  болса,  оған  қандай  да  бір  жылу  мөлшері 
берілді деген сөз. Бұл жағдайда 
> 0 деп саналады, кері жағдайда < 0. 
Газ ұлғайған кездегі сыртқы күштердің жұмысы теріс, өйткені бұл кезде күш 
пен орын ауыстырудың бағыттары қарама-қарсы. Ал газ сығылған кездегі 
сыртқы күштердің жұмысы оң.
Көлем өзгерген кезде жұмыс газдың бастапқы және соңғы күйлері арқылы 
ғана емес, сонымен бірге бастапқы күйден соңғы күйге өту жолының формасы 
арқылы да анықталатынын айта кету керек.
Термодинамиканың  бірінші  заңының  барлық  құбылыстар  үшін,  оның 
ішінде микроәлемдегі құбылыстар үшін де дұрыс болатын энергияның сақталу 
заңынан айырмашылығы – оның белгілі бір қолданылу шегарасы бар. Олай 
дейтініміз  —  жұмыс  пен  жылу  алмасу  ішкі  энергияны  өзгертудің  әртүрлі 
формалары.  Жұмыс  —  макро-,  ал  жылу  алмасу  осы  энергияны  өзгертудің 
микрофизикалық формасы. Молекулалардың өлшемдеріндей микрожүйелер 
жағдайында жылу алмасу мен жұмыс арасындағы айырмашылық жойылады. 
Міне, осындай жүйелер термодинамиканың бірінші заңының қолданылуының 
“төменгі” шегарасын құрайды. Шексіз ғалам құбылыстарын өткен кезде бұл 
заңның қолданылуы сақталады деуге болады, яғни бұл заңның қолданысының 
шегі жоқ.
Ішкі энергияны, жылу мөлшерін және жылусыйымдылықты адиабаталық 
жағдайлардағы  жүйеге  әсер  ететін  сыртқы  күштердің  жұмысы  арқылы 
өлшеудің  принципті  мүмкіндігін  көрсету,  сондай-ақ  термодинамиканың 
бірінші заңын нақты жылулық процестерді (мысалы, газдардағы процес терді) 
сипаттауға  қолданудың  мысалдарын  әрі  оларды  термодинамика  қорыту-
ларының  дұрыстығын  дәлелдейтін  салдарлар  ретінде  қарастыру  маңызды. 
Термодинамика  заңдарының  қолданылу  шегарасын  талқылау  оқушыларға 
осы  заңдардың  іргелілігін  және  жылулық  процестердің  мәнін,  олардың 
механикалық процестерден айырмашылығын және т.с.с. түсінуге мүмкіндік 
береді.
термодинамиканың екінші заңы. Физиканың энциклопедиялық сөздігінде 
(физикалық  энциклопедиялық  сөздік,  1  т.,  340  б.)  термодинамиканың 
екінші заңына мынадай анықтама берілген: 
шекті жылдамдықпен өтетін 
макроскопиялық процестердің қайтымсыздығын тағайындайтын принцип. 
Таза механикалық (үйкеліссіз) немесе электродинамикалық (джоульдік жылу 
шығармайтын)  қайтымды  процестерден  айырмашылығы  жылу  алмасумен 
байланысты процестер, температуралардың шекті айырымындағы (яғни шекті 
жылдамдықпен өтетін) үйкеліспен, газдардың диффузиясымен, вакуумдағы 
газдың ұлғаюымен, джоуль жылуын шығарумен және т.с.с, қайтымсыз, яғни 
тек бір ғана бағытта өздігінен өте алады.

41
Түрлі процестерді термодинамиканың екінші заңының негізінде сапалық 
және сандық сипаттау үшін оны статистикалық тұрғыдан түсіндіру маңызды. 
Оқушыларды молекулалық құбылыстардың қайтымсыздығын механикалық 
қайтымдылықпен салыстыра отырып, олардың механикалық құбылыстарға 
қарағандағы сапалық ерекшеліктерімен ғана таныстырған дұрыс.
“Қайтымды процесс – жүйенің бір күйден екінші күйге өту процесі, онымен 
нақты мүмкін болатынын, қарастырылып отырған процестің барлық аралық 
күйлерін  кері  ретпен  бірізді  қайталайтын  қайтымды  өтуді  салыстыруға 
болады” (физикалық энциклопедиялық сөздік, 3 т., 469 б.). Табиғатта өтетін 
процестер (асқын өткізгіштік және асқын аққыштық құбылыстардан басқа), 
әдетте,  бұл  шартты  қанағаттандырмайды  әрі  кайтымсыз  болып  табылады. 
Алайда идеалданған (үйкеліссіз, джоульдік жылу шығармайтын және т.б.) 
жағдайлар үшін олардың кейбіреулерін қайтымды деп қарастыруға болады. 
Қайтымды процестер уақыт таңбасының өзгеруі кезінде өзінің түрін сақтап 
қалатын теңдеулер (мысалы, механика заңдары) арқылы сипатталады.
Оқушылар  термодинамиканың  екінші  заңын  меңгеруі  үшін  оны  тұжы-
рымдауды білуі және заңның іргелілігін түсінуі үшін орта мектептің физика 
курсында  жылулық  процестердің  қайтымсыздығы  туралы  түсініктерді 
жалпылап қорытындылау қажет.
Молекулалық  құбылыстардың  механикалық  құбылыстармен  салыстыр-
ғандағы сапалық ерекшеліктерін түсіндіру үшін мектеп оқушыларын термоди-
намиканың екінші заңының статистикалық мағынасымен таныстыру қажет.
Молекулалық құбылыстардың қайтымсыздығын — олардың механикалық 
құбылыстармен  салыстырғандағы  неғұрлым  маңызды  ерекшеліктерін 
оқушыларға  таныс  мысалдар  арқылы  көрнекі  түрде  көрсетуге  болады. 
Молекулалық жүйе уақыт өтуімен тепе-теңдікке келеді және теңсіздік күйге 
өздігінен  қайтадан  оралмайды.  Өз  еркіне  қалдырылған  газ  уақыт  өтуімен 
көлемге  бірқалыпты  тарайды  және  бұл  күй  тепе-теңдікке  сәйкес  келеді, 
бірақ газ сырттан әсер болмағанда еш уақытта ыдыстың бір ғана бөлігіне көп 
мөлшерде жиналмайды және т.с.с.
Ықтималды-статистикалық тұрғыдан сипаттағанда макрожүйенің теңсіздік 
күйден  тепе-теңдік  күйге  өздігінен  өтуі  нені  білдіреді?  Оны  келесі  мысал 
арқылы түсіндіреміз. Мәселен, сондай ыдыс болсын делік, оның екі жартысы 
арасына  газ  молекулаларының  таралуын  қарастырайық.  Егер  ыдыста  бір 
молекула болса, онда ол бірдей ықтималдықпен ыдыстың оң жағында да, сол 
жағында да бола алады. Егер біз төрт молекула алсақ, онда олардың бірқалыпты 
таралуы (ыдыстың әр жартысында екі молекуладан) кез келген бірқалыпсыз 
таралуға  қарағанда  неғұрлым  ықтимал  болады.  Бұнда,  егер  молекулалар 
орындарын ауыстырса, яғни ыдыстың бір жартысынан екіншісіне бір мезгілде 
өтсе,  қарастырылып  отырған  жүйенің  күйі  өзгермейді.  Молекулалардың 
көбірек  мөлшерін  қарастыра  отырып,  біз  олар  ыдыстың  бір  жартысынан 
екінші жүйенің жалпы күйінің өзгермейтініне байланысты мүмкін болатын 
орын ауыстыруларының саны артатынын байқаймыз. Ыдыстағы молекулалар 
санының артуымен олардың бір-бірімен соқтығысу саны да артады, сол себепті 
бірмезгілде молекулалардың көлем бойынша бірқалыпты таралу ықтималдығы 
да артады. Сонымен, макрожүйенің теңсіздік күйден тепе-теңдік күйге өтуі 

42
молекулалардың көлем бойынша неғұрлым 
бірқалыпты  таралуымен  байланысты. 
Бұл  өту  ықтималдықтар  теориясында 
жүйенің ықтималдығы неғұрлым аз күйден 
ықтималдығы  неғұрлым  көбірек  күйге 
өткенін  білдіреді.  Кері  процестің  болу 
ықтималдығы аз болғандықтан, өту процесі 
қайтымсыз. Бұл тұжырым басқа да процестер 
үшін дұрыс.
Мәселен, жылулық қозғалыс салдарынан энергиялары бірдей бөлшектер 
газ көлеміндегі орындарын ауыстырды делік. Бұл кезде жүйенің микрокүйі 
өзгереді,  алайда  құралдардың  (термометр,  манометр  және  т.б.)  көмегімен 
мұндай өзгерістерді байқау мүмкін емес. Олай болса, бөлшектер энергиясының 
таралуы бұзылмайтын, яғни жүйенің макроскопиялық параметрлері өзгеріссіз 
қалатын кездегі жылулық қозғалыс, макрожүйе күйінің өзгеруін тудырмайды 
және  осы  күй  тепе-теңдік  күйге  жатады.  Ол  жылулық  қозғалыс  күй 
энергиясының өзгерісімен, яғни жүйенің макроскопиялық параметрлерінің 
өзгерісімен  байланысты  болатын  кез  келген  теңсіздік  күйге  қатысты 
ықтималдыққа сәйкес келеді. Сөйтіп, іргелі қорытындыға келеміз: 
қайтымыз 
процесс — жүйенің ықтималдығы аз күйден ықтималдығы неғұрлым жоғары 
күйге өтуі.
Бұл  қорытынды  термодинамиканың  екінші  заңының  мәнін  түсінуге 
мүмкіндік  береді.  Екінші  ретті  мәңгі  қозғалтқыштың  ойша  модельдерінің 
бірін қарастырайық. 
Мәселен, 5-суретте бейнеленген қондырғыда мынадай жағдай орын алады.
Газ  өздігінен 
V  аз  көлемге  жиналды,  содан  кейін  поршеньді  аралық 
қабырғаға тығыз итереді. Енді газ аралық қабырғадағы саңылау арқылы ұлғая 
алатын болсын. Оны изотермиялық қайтымды ұлғаюға мәжбүрлейік. Сонда ол 
жұмыс жасайды, ал жұмыс жасалуы үшін газға қандай да бір жылу мөлшерін 
беру керек. Цикл тұйықталады. Поршень оң жақ шеткі орынға өткеннен кейін, 
газ қайтадан өздігінен 
көлемге жиналады да, екінші циклдегі изотермиялық 
ұлғаю басталады. Жұмыс газға берілетін жылу есебінен орындалады, яғни 
мәңгі қозғалтқыш ойлап табылғандай. Бірақ цикл ішінде өтетін процестерді 
статистикалық тұрғыдан түсіндіру бұның неліктен мүмкін емес екенін түсінуге 
мүмкіндік береді.
Газдың өздігінен аз көлемге жиналу ықтималдығы өте аз. Егер 
V
1
 көлемдегі 
бір молекуланы табу ықтималдығы 1/2 тең болса, ал олардың саны, мәселен, 
Авогадро  санына  тең  болса,  онда 
V
1
  көлемге  сонша  молекуланың  жиналу 
ықтималдығы  — 
1
2
610 23





  тең,  яғни  тіпті  осы  қарапайым  мысал  арқылы 
áұл  оқиғаның  ықтималдығы  қаншалықты  аз  екенін  көрсетуге  болады. 
Сондықтан қарастырылып отырған қозғалтқыш цикліндегі қайтымсыз буын 
оның жұмысын тек бір бағытты ете алады, ал бұл термодинамиканың екінші 
заңының тұжырымдамасында атап көрсетілген.
Сонымен, термодинамиканың екінші заңын оқып-үйренумен қатар Томсон 
тұжырымдамасында оны жаратылыстанудағы іргелі заңдардың бірі ретінде 
қарастыруға  мүмкіндік  беретін  статистикалық  түсіндірмесін  беру  керек, 
өйткені ол табиғаттағы кез келген процестің бағытын көрсетеді.

Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   26




©engime.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет