Физика-математика факультеті
жүктеу/скачать 1,12 Mb.
|
Термодинамика элнетронный (копия)
|
М.Өтемісов атындағы Батыс Қазақстан университеті Физика-математика факультеті Физика кафедрасы «Әлемнің термодинамикалық көрінісі » Ғылыми жоба БББ: 6В01505 "Физика-информатика" Дайындаған:Темірбай А ,Мұрат Г, Серіков А Тексерген: Кадырова Г.М Орал 2022 МАЗМҰНЫ КІРІСПЕ.............................................................................................. 1 Термодинамика негіздері ……………………………… 1.1 Термодинамиканың ашылу және дамуы. 1.2 Термодинамиканың заңдары (I,II,III). 1.3 Изопроцесстер.Термодинамиканың I-ші заңын изопроцесстерге қолдану................................................................ 1.4 Энтропия............................................................. 2 Практика бөлімі 2.1 Жылу машиналары.Қазіргі уақытта жылу машиналарының дамуы және рөлі... 2.2 Өзіндік жұмыс ҚОРЫТЫНДЫ................................................................................... ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР.............................................. КІРІСПЕ
Термодинамика ХІХ ғасырдың бірінші жартысында енді ғана дами бастаған жылу техникасының теориялық негізі ретінде пайда болды. Оның басты мақсатының бірі жылу қозғалтқыштар жылудың механикалық жұмысқа айналуын зерттеу болды. Кейінірек термодинамиканың зерттеу пәнінің ауқымы кеңейді де, материя қозғалысының жылулық формасының бір түрден екінші түрге айналуын, жылудың бір дененден екіншіге берілуін, осы кездегі физикалық процесті тексерді. Термодинамика негізінен денелердің термодинамикалық тепе-теңдік күйін қарастырады. Термодинамика заңдарын тірі табиғатқа да қолдануға болады.Организмге келіп түскен тамақтан пайда болатын энергияның мөлшері организм жұмыс істегенде кететін энергияның мөлшеріне тең екені анықталды. Шамамен алғанда берілген энергия (7854 кДж) денеден бөлінген энегияға (7771 кДж) тең екен. Олай болса организм энергияның жаңа көзі болып саналмайды екен. Осыдан келіп, термодинамиканың бірінші бастамасы биологиялық жүйелерге де жарай береді деген қорытындыға келеміз Зерттеудің мақсаты:Жалпы қазіргі таңда технология өте қарынды даму үстінде.Сол техналогиялардың дамуына физиканың үлесі туралы жеткізу.Сонымен қатар Термодинамиканың (I,II,III) заңдарының ашылуы,қазіргі таңда қолданылуы. Жылу қозғалтқыштар.Сади Карно идеал жылу машинасы.Жылу машиналарының түрлері және қолданылуы. Зерттеу міндеті:Әр тұлға ретінде әлемнің дамуын білу қажеттілігі.Сонымен қатар термодинамиканың маңыздылығы.ПӘК-ті жоғарлату әдістері. 1 Термодинамика негіздері 1.1 Термодинамиканың ашылуы және дамуы. Табиғаттың барлық қозғалыстар мен өзара әрекеттесулердің энергетикалық эквиваленттілігі мен өзара түрленуі туралы негізгі заңы Рудольф Клаузиус "механикалық жылу теориясы" деп атаған жаңа теорияның негізін қалады, ал Уильям Томсон (лорд Келвин) оны "термодинамика"деп атады. Бұл теорияда жылу гипотезасы мүлдем қажет емес болып шықты. "Термо" және "динамика" сөздерінен тұратын бұл терминді жылу қозғалысы туралы ілім ретінде түсінуге болмайды. Термодинамика - бұл жылу қозғалысының заңдары (термо) және оның басқа қозғалыс түрлеріне айналуы (динамикасы) туралы ғылым. Карноның идеяларына сәйкес, жылу машинасының қозғаушы күшінің пайда болуы жылудың нақты шығындарымен байланысты емес, тек оның ыстық денеден суыққа ауысуымен байланысты. Екінші жағынан, Джоульдің жұмыс пен жылудың эквиваленттілігін дәлелдеуі жұмысты орындау үшін белгілі бір жылу шығынын қажет етеді деген қорытындыға келді. Пайда болған қарама-қайшылықты Лорд Келвин шешуге тырысты. Джоулдың тәжірибелерін талқылап, Карноның идеяларын ескере отырып, лорд Келвин былай деп жазды: "бұл тәжірибелер жылуды тек көзге көрінетін және жасырын күйде ұстайтын көзден алуға болады деген пікірді жоққа шығаратын сияқты". Осылайша, ол сол кездегі жылу туралы идеяларды түбегейлі қайта қарауды қажет ететін қарама-қайшылықтың пайда болғанын түсінді. 1851 жылы лорд Келвин "жылудың динамикалық теориясы туралы" атты еңбегін жариялады, онда ол өзінің зерттеулерінің нәтижесін тұжырымдады:"Заттың кез-келген массасынан механикалық әсер алу мүмкін емес, тек оны қоршаған денелердің ең суық температурасынан төмен салқындату арқылы". Әйтпесе, алынған жұмысты (мысалы, үйкеліс арқылы) жылуға айналдыруға болады, осылайша жылуды суық денеден жылыға өткізуге болады. Біраз уақыт бұрын Рудольф Клаузиус "жылудың қозғаушы күші туралы" еңбегінде: "жылу өздігінен суық денеден ыстық денеге ауыса алмайды"деген қорытындыға келді. Жылудың бұл ерекшелігін XVIII ғасырдың соңында Блэк атап өтті, бірақ содан кейін оған ешкім назар аудармады. "Өздігінен" термині ешқандай жолмен (жылу өткізгіштіктің, тұтқырлықтың, сәулеленудің және т.б. көмегімен) жылу ешқашан суық денеге байланысты жылы денеде жинала алмайтындығын білдіреді. Кейінірек Клаузиус өзінің сөзін нақтылады:"жылудың суықтан жылы денеге ауысуы өтемақысыз мүмкін емес". Жоғарыда аталған Лорд Келвин мен Клаузиусдің тұжырымдары термодинамиканың екінші бастамасы болып табылады, одан екінші типтегі мәңгі қозғалтқыштың мүмкін еместігі туындайды, яғни. тек жылу резервуарын салқындату арқылы жұмыс істейтін мезгіл-мезгіл жұмыс істейтін машина. Энергияның жылу мөлшерінің эквиваленттілігі (калория) механикалық (килограмм метр) жылудың механикалық табиғатын дәлелдеу кезінде қарастырылды. Осы негізде Клаузиус өзінің жылу теориясын жасады. Жоғарыда айтылған "жылудың қозғаушы күші туралы" еңбегінде Клаузиус "эргал"деп атаған функцияны енгізді. Қазір ол ішкі энергия деп аталады. 1865 жылы Клаузиус энтропия туралы өте маңызды ұғымды енгізді, яғни "өзгеру қабілеті" (бұрылыс, трансформация). Ол энтропияның "бұл кез – келген денені немесе денелер жүйесін қазіргі күйіне келтіру үшін орын алуы керек барлық өзгерістердің қосындысы"екенін түсіндірді. Энтропияның маңызды ерекшелігі-жабық жүйеде ол қайтымды процестер үшін тұрақты болып қалады және қайтымсыз процестер жағдайында ғана өсе алады.1848 жылы Лорд Келвин температураның абсолютті шкаласын енгізді, сондықтан абсолютті температура шкаласы Кельвин шкаласы деп аталды. Карнот идеяларын дамыта және нақтылай отырып, Келвин абсолютті температураның қатынасы Карнот цикліндегі жылу мөлшерінің қатынасына тең екенін анықтады: T1/T2 = Q1/Q2, мұндағы-T1 және T2 жылытқыштың және тоңазытқыштың абсолютті температурасы, Q1-жылытқыштан алынатын жылу мөлшері, Q2-тоңазытқышқа берілетін жылу мөлшері. Осыдан, атап айтқанда, абсолютті нөлге қол жетімсіздігі туралы қорытынды шығады, өйткені әйтпесе бір денеден жылуды алып, оны екіншісіне беру арқылы шексіз үлкен жұмыс жасау керек еді. 1906 жылы неміс физигі Уолтер Нернст (1864-1941) температураның абсолютті нөліндегі химиялық біртекті қатты немесе сұйық дененің энтропиясы нөлге тең деген теореманы тұжырымдады. Бұл теорема Термодинамиканың үшінші бастауы деп аталады. Термодинамика макроскопиялық жүйелерді, яғни көптеген бөлшектерден тұратын материалдық заттарды зерттейді. Сонымен қатар, ол макро жүйелердің микроскопиялық құрылымын қарастырмайды. Макроскопиялық жүйені сипаттайтын тәуелсіз параметрлер жиынтығы оның күйін анықтайды деп қабылданады. Жүйенің фонына тәуелді емес шамалар, яғни. жүйе осы күйге келген жолдан күй функциялары деп аталады.Бірінші басына сәйкес күй функциясы - жүйенің ішкі энергиясы, ал екінші басына энтропия - күй функциясы. Сонымен қатар, екі негізгі ұғым - жұмыс және жылу, жалпы алғанда, мемлекеттік функцияға сәйкес келмейді. Жұмыс ұғымы механикадан бірдей мағынада келді. Жұмыс жүйенің бастапқы күйден соңғы күйге өтетін жолдың формасына байланысты. "Жылу мөлшері" ұғымы жылу туралы ілімнен шықты. Бұл мән де күйдің функциясы емес, өйткені денеге берілетін немесе одан алынатын жылу мөлшері жеткізу немесе шығару әдісіне байланысты болады. Мысалы, бірдей дене салмағын 1° тұрақты қысыммен немесе тұрақты көлемде қыздырған кезде әр түрлі мөлшерде калория беру керек. Кейде "жылу энергиясы" термині қолданылады, ол жылу алмасу кезінде дене алған жылу мөлшерінің мағынасы жоқ. Дұрыс түсіну-бұл дененің ішкі энергиясы Егер ХVII ғасырда физикада (механиканы есептемегенде) эксперимент басым болса, ал ХІХ ғасырда жағдай өзгере бастады. Ампер электрдинамикасы аналог математикалық теорияны электрмагнетизм үшін де жасауға болатындығын мүмкіндік берді. Бірақ Фарадейдің ұлы ашылулары жағдайды түбегейлі өзгертті. Түпкілікті заңды іздестіру тоқтамағанымен, электрдинамикада Макксвелге дейін идеялық әрекет үстемдік етті. Бәрінен бұрын, жылулық құбылыстарды теориялық өңдеу аса қиынға соқты. Мұнда эмпирикалық фактілердің жинақталуы орын алып, жылулық сипаттакмаларды: кеңею, жылуөткізгіштік, меншікті жылусыйымдылық коэффциенттерін анықтау әдістері жасалды. Бұл өзгерістер бір жағынан қрақынды дамыған жылутехникасы үшін де қажет болды. «Әмірші бу» фабрикалар мен зауыттарда, темір жолдарда, теңіз және өзен жолдарында жұмыс жасады. Бу машинасы қарқынды түрде дамыған капиталисттік индустрияеың негізгі және жалғыз қозғалтқышы болды. Эмпиризмнің жалпы жағдайында теориялық сипаттағы тек екі зерттеу ғана бөлініп алынды. Алғашқы зерттеу математикалық сипатқа ие болып, ол математикалық физика дамуына үлкен ықпалын тигізді. Оны француз математигі Жан Батист Жозеф Фурье жасады. Оның «Жылудың аналитикалық теориясы» атты жұмысы өзі 1807 жылдан бастап айналысқан жылуөткізгіштіктің математикалық теориясын қамтыды. Ол жылуөткізгіштіктің дифференциалдық теңдеуін енгізіп, кейбір жекелеген жағдайлар үшін оны интегралдау әдістерін жасады. Фурье өзінің математикалық теориясында функциялардың тригонометриялық қатарларға (Фурье қатарына) ыдырауын қолданды. Математикада осы жайында туындаған пікірталас жемісті болды. Математикалық физикаға Фурье қатарлары мен интегралы берік енді. Фурье жылуды кейбір сұйықтық (жылутегі) ретінде қарастырды. Бұл теорияны тағы бір тамаша ғалым, әскери инженер Сади Карно бөлісті. Сади Никола Леонард Карно француз ревалюциясының «жеңісін ұйымдастырушы» атақты Лазарь Карноның үлкен ұлы болатын. Сади 1796 жылы 1 шілдеде туылды. Ол 1812 жылы Политехникалық мектепке оқуға түсіп, оны 1814 жылы әскери инженер болып аяқтады. Осы уақытта Наполеон жеңіліске ұшырап, Әулие Елена аралына жер аударылған болатын. Садидың әкесі сотталып, ал Карноның әскери карьерасы күмәнді еді. Мектепті аяқтағаннан соң үш жылдан кейін ол емтихан тапсырып, поруит шенімен әскери штабқа өтті де, онда ғылыммен, әуен және спортпен айналысты. 1824 жылы оның «оттың қозғаушы күші туралы пайымдаулар» атты негізгі еңбегі жарық көрді. Төрт жылдан кейін Карно капитан шенімен демалысқа шықты. Ол 1834 жылы 24 тамызда тырысқақтан көз жұ мды. Карно шығармасы термодинамика бастауы болды. Ол, нақты есептерді шеше отырып, осы есептерді шешудің жалпы термодинамикалық әдісін ұсынды. Карно термодинамикаға циклдер әдісін енгізді. Карно циклі бұл күндері барлық физика оқулықтарында мазмұндалған. Оларда ол Карнода болмаған идеал газға арналған процесс диаграммасымен және есептеулерімен сипатталады. Диаграмма мен есептеулерді 1834 жылы Клапейрон берген болатын. Бенуа Поль Эмиль Клапейрон, француз академигі және инженері, Петербург инженерлер және қатынас жолдары институтының профессоры (1820-1830 жж.) болды. Ол 1834 жылы Карно циклі трактовкасының жалпы қолданыстық формасын және газ күйінің біріккен теңдеуін берді. Оған қысымға балқу нүктелерінің тәуелділігін тұжырымдау (Клапейрон-Клаузиус теңдеуі) тиесілі. Қазіргі кезде Карно тұжырымдамасы келесідей айтылады: Идеал жылу машинасының пайдалы әсер коэффициенті жұмысшы затқа емес, тек қыздырғыш пен салқындатқыш температурасына ғана тәуелді. Бұл тұжырым іргелі қағида ретінде термодинамикаға енді. Карноның бұл жұмысын Клайперон мазмұндап, 1843 жылы Поггендорф «Анналахында» неміс тілінде жариялады. Ол термодинамиканың екінші бастамасының ашылуына алып келген В. Томсон мен Р. Клаузиус зерттеулері үшін бастапқы пункт болды. 1.2 Термодинамиканың заңдары (I,II,III). 1.3 Изопроцесстер.Термодинамиканың I-ші заңын изопроцесстерге қолдану жүктеу/скачать 1,12 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|