Лекциялар жинағы Физика 1 бөлімі бойынша 050704 мамандығының қазақ бөлімінде сырттай оқитын студенттерге арналған



жүктеу/скачать 2,93 Mb.
бет16/27
Дата21.10.2019
өлшемі2,93 Mb.
#50323
түріЛекция
1   ...   12   13   14   15   16   17   18   19   ...   27
Байланысты:
Лекция Физика 1-каз


ТЕРМОДИНАМИКА НГІЗДЕРІ

Идеал газдың молекулалық – кинетикалық теориясының (МКТ) негізгі теңдеуінің екі жағын да мольдік көлемге көбейтейік



pV




2

nV










2

N

























M

3

M




i

3




A




i


Менделеев-Клапейрон теңдеуінен шығатыны















pVM RT .

Теңдеулердің оң жақтарын теңестіре отырып, алатынымыз



















i




3










R

T


























































2 N A

Жаңа тұрақтыны (Больцман тұрақтысы) енгізейік

k

R

1,38 10 23

Дж







i




3

kT

NA

К













, сонда ,

2













және










2










2










3



















p

n i




n

kT nkT


































3




3







2







Қыздырылған және суытылған газ барлық басқа денелер сияқты өзінің температурасымен сипатталады. Сондықтан температура мен молекулалардың орташа кинетикалық энергиясының арасында байланыс бар деп айта аламыз. Ондай байланыс теңдеуі жоғарыда алынған.


Еi 3 kТ 2

Температураны тек жанама әдіспен ғана өлшеуге болады. Бұл әдіс тікелей және жанама өлшеулерге бағынатын дененің бірқатар физикалық қасиеттерінің температурадан тәуелділігіне негізделген . Мысалы, дененің температурасы өзгерген кезде оның ұзындығы, көлемі, тығыздығы, электр


кедергісі, серпімділік қасиеттері қоса өзгереді. Оларды термометрлік шама деп атайды. Осы қасиеттердің кез-келгенінің өзгерісі температураны өлшеуге негіз болып табылады. Ол үшін термометрлік дене деп аталатын бір дене үшін берілген қасиеттің температурадан функционалды тәуелділігі белгілі болса жеткілікті. Термометрлік денелердің көмегімен

құрылатын температуралық шкалаларды



эмпирикалық деп атайды.

Халықаралық жүзградустік шкалада температура ºС-пен (Цельсия градусы) өлшенеді және t–мен

белгіленеді. Қалыпты қысымда (1,01325∙105 Па) мұздың еруі мен судың қайнау температуралары 0 ºС пен 100 ºС – қа тең деп есептелінеді.



Температураның термодинамикалық шкаласында температура Кельвинмен (К) өлшенеді және Т – мен белгіленеді.
Абсолют температура Т мен жүзградустік шкала бойынша
температураның арасындағы байланыс: Т=273,15+ t.

Т=0 (t=-273,150С) температураның абсолют нөлі деп аталынады..

Механикалық жүйенің і еркіндік дәрежелерінің саны деп оның

кеңістіктегі орны мен конфигурациясын анықтайтын тәуелсіз

координаталардың санын айтады.

Бір атомды молекула үшін і=3 , екі атомды молекула үшін і=5 , (3-

ілгерілемелі, 2-айналмалы), үш атомды молекула үшін і=6 (3- ілгерілемелі,

3—айналмалы)



Больцманның энергияның еркіндік дәрежелер бойынша тең таралу заңы: егер термодинамикалық жүйе T температурада жылулық тепе-тең-дікте тұратын болса, онда ілгерілемелі және айналмалы еркіндік дәрежелерінің әрқай-сысына орташа алғанда бірдей кинетикалық энергия келеді,

1

1 kT .

Сонымен, молекулалардың орташа кинетикалық энергиясы мынаған тең болу керек



i

kT










,




2




бұл жерде

і жалпы жағдайда ілгерілемелі,

айналмалы және екі еселенген

тербелмелі

еркіндік дәрежелер сандарының қосындысы :




  1. ii iайн 2iтер

Дененің ішкі энергиясы – бұл молекулалардың жылулық қозғалысының кинетикалық энергиясы мен олардың өзара әсерлесуінің потенциалдық энергиясының жиынтығы.


Идеал газдың бір моль мөлшері үшін оның ішкі энергиясы:

U

M

N

A




i

kN T

i

RT













2

A

2

,

















ал газдың кез-келген массасы үшін




U

i




m

RT

2 M




.

Механикалық қозғалыстың энергиясы жылулық қозғалыстың энергиясына ауыса алады және керісінше. Осындай ауысу кезінде энергияның сақталу және түрлендірілу заңы орындалады. Термодинамикалық процестерге қатысты бұл заң термодинамиканың бірінші бастамасы болып табылады.
Ішкі энергиясы U1 -ге тең кейбір жүйе (поршень астындағы цилиндрдегі газ) сырттан Q жылу мөлшерін алып, сыртқы күштерге қарсы A жұмыс атқарсын. Сонда жүйе ішкі энергиясы U2 -ге тең жаңа күйге ауысады.

Егер жылу жүйеге берілсе

Q оң болып саналады, ал жұмыс

A оң болу

үшін ол сыртқы күштерге қарсы орындалу қажет.


Жүйе бірінші күйден екіншіге кез келген тәсілмен ауысқанда энергияның

сақталу заңына сәйкес ішкі энергияның U U2 U1 өзгерісі бірдей болады да мынаған тең:
U Q A,немесеQ U A
Жүйеге берілген жылу мөлшері оның ішкі энергиясын өзгертуге және жүйенің сыртқы күштермен жұмыс істеуіне жұмсалады.

Термодинамиканың бірінші заңының дифференциалды түрі:



Q dU A ,
мұндағы dU - толық дифференциал, ал A және Q толық дифференциал емес.
Күй функциясы дегеніміз жүйе бір күйден екіншіге ауысқанда өзгерісі осы ауысуға сәйкес келетін термодинамикалық процестің түріне тәуелсіз болатын және бастапқы күймен соңғы күйдің параметрлерінің мәндерімен толық анықталатын жүйенің физикалық сипаттамасы. Күй функциясына ішкі энергия жатады.
Жүйенің істейтін жұмысы және оның алған жылу мөлшері жүйенің бір күйден екінші куйге ауысу жолына тәуелді, сондықтан олар процесс функциясына жатады. Осыған байланысты, жүйенің әр түрлі күйдегі ие болатын жұмысы немесе жылу қоры туралы айтудың мағынасы жоқ. Мысалы,


2

2

2

A A2 A1,

Q Q2 Q1,

dU U2 U1

1

1

1

Егер жүйе бастапқы күйге қайтып оралатын болса, оның ішкі энергиясының өзгерісі U U1 U1 0 . Сонда A Q .




9.2 Термодинамикадағы жұмыс.


A Fdl pSdl pdV
A pdV
V2

A pdV
V1

Жұмыстың геометриялық мағынасы: газдың V

көлемнен V

көлемге

1

2

дейін ұлғаю кезінде атқаратын жұмысы V өсі,

p f V қисығы және

V1,V2

көлемдерге

сәйкес

келетін


түзулермен

шектелген

аудан

арқылы



анықталады
Изопроцестер.

Термодинамиканың


бірінші
бастамасын
изопроцестерге
қолдану.

Адиабаталық процесс






  1. Изотермиялық процесс




V2

V2

m

dV




m




V

A pdV




RT










RT ln

2

M

V

M




V

V

V



















1

1

1
























2. Изобарлық процесс
V2




A pdV p V2 V1




V1

3. Изохорлық процесс

A pdV 0




  1. Адиабаталық процесс

Жылудан оқшауланған жүйедегі процесс адиабаталық деп аталады. Адиабаталық процестің теңдеуін алу үшін алдымен газдың жылу сыйымдылығын қарастырайық.


9.3 Газдың жылу сыйымдылығы

Дененің температурасын 1К-ге арттыру үшін оған келтірілген жылу мөлшеріне тең шаманы дененің жылу сыйымдылығы деп атайды.


Меншікті жылу сыйымдылық – бұл 1кг заттың жылу сыйымдылығы.

c Q , Дж


mdT кг К .

Молдік жылу сыйымдылық – бұл 1 моль заттың жылу сыйымдылығы.


С с М

М Q

,

Дж







моль К .




mdT

Газды тұрақты көлемде немесе тұрақты қысымда қыздыруға болады. Соған сәйкес газдың екі жылу сыйымдылығы болады: СV и Cp .








Q




dU







i

RdT

i




CV










2

R ,

















































dT










2




dT V













dT




C p




Q




dU A




i

R

pdV




i

R R


































dT

2

dT

2




dT p

















Cp CV R .
Бұл өрнекті Майер формуласы деп атайды.
Жылу сыйымдылықтардың қатынасы адиабата көрсеткіші деп аталады:























C p




i 2




1

2

.



















































































































C




i

i














































V


















































































Адиабаталық процесте














































m











































A dU

,




pdV

C dT

.
















































































































M

V













































































































Менделеев-Клапейрон теңдеуін дифференциалдаcaқ














































pdV Vdp

m

RdT .












































































Соңғы екі теңдеуден мынаны аламыз:




























M






































































Cp CV








































pdV Vdp




R




.









































































Cp













pdV
















CV













CV




























екенін ескеріп және айнымалыларды жекелесек






















CV

























































































































dp




dV
















p










V













немесе

p V




p V








































2










1






































































p




V

Интегралдағаннан кейін

p

V













1

1

2 2








































1







2







































1 және 2 күйлер өз қалауымызша алынғандықтан,


p V const
Бұл өрнекті Пуассон теңдеуі деп атайды.



Егер жүйенің күйін анықтайтын макроскопиялық параметлер (қысым, температура) тұрақты болып қалса, жүйе термодинамикалық тепе-теңдік күйде болады. Тепе-теңдік күйдегі жүйеде жылу өткізгіштік, диффузия, химиялық реакциялар, фазалық ауысулар жүре алмайды.



Егер термодинамикалық процесс алдымен түзу бағытта, сонан соң кері бағытта өтіп жүйе бастапқы күйіне қайтып оралғанда, не қоршаған ортада, не жүйенің өзінде ешқандай өзгеріс болмаса, ондай процесс қайтымды деп аталады.
Бұл шартқа бағынбайтын процесті қайтымсыз деп атайды.
Қайтымды процестер – нақты процестердің идеалдық түрі. Оларды қарастырудың екі себебі бар: 1) табиғаттағы немесе техникадағы процестерді шын мәнінде қайтымды деп есептеуге болады; 2) қайтымды процестер ең үнемді болып табылады
жүктеу/скачать 2,93 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   12   13   14   15   16   17   18   19   ...   27



©engime.org 2024
әкімшілігінің қараңыз
    Басты бет