Тақырыбы: Термодинамиканың алғашқы бастамасы. Дәріс жоспары: 1.Термодинамикалық тепе-теңдік және термодинамиканың 1-бастамасы.
2.Күй функциялары.
3.Газдың жылусыйымдылығы.
4. Жылу сыйымдылығының кванттық теориясы жөніндегі түсініктер.
5.Термодинамиканың 1-бастамасын изопроцесстерге қолдану.
6.Энтальпия жылулық функция.
Термодинамикалық тепе-теңдік және термодинамиканың 1-бастамасы. Жүйенің барлық параметрлері,сыртқы жағдайлар өзгермей қалган кезде уақыт бойынша тұрақты болатын,белгілі мәндерін сақтайтын күйін термодинамикалық тепе-теңдік күйі деп атайды.
Бұл орнықтылық сыртқы ортадағы қандай да бір үрдістің өтуіне тәуелсіз. Термодинамикалық тепетеңдік күйдегі дененің барлық бөліктерінің температуралары бірдей және неғұрлым энергия көп болса, соғұрлым температура да үлкен болады. Екі дене жанасқанда жылу алмасу энергиясы температурасы жоғарыдан температурасы төменгі денеге беріледі.* Статистикалық физика тепе-теңдік күйдегі қайтымды үрдістерді зерттейді. Тепе-теңдік бұзылғандағы үрдістерді зерттейтін ғылым физикалық кинетика деп аталады. Тепе-теңдігі бұзылған жүйе қайтадан тепе-теңдік күйіне ұмтылады. Бұл үрдіс энтропияның өсуімен сипатталатындықтан, қайтымсыз болып табылады.Тепе-теңдіктің бұзылуы кеңістікте энергияның, массаның, қозғалыс мөлшерінің тасмалдануынан туындайды
Термодинамика негізгі екі заңға жүгінеді – термодинамика бастауларына.
-Термодинамиканың бірінші бастауы – энергияның түрлену және сақталу заңын көрсетеді.
Термодинамиканың екінші бастауы – бөлшектердің көп мөлшерінен тұратын жүйелердегі макроскопиялық процестердің бағытын, олардың жүзеге асу шарттарын анықтайды. Сондықтан, екінші бастауы шектеулі қолданылады.
Энергияның сақталу заңы бойынша жүйенің істейтін жұмысы,оған берілген жылу мөлшері мен ішкі энергиясының өзгеруінің айырымына тең болады:
dA=dQ-dU бұл теңдеу механикалық және жылулық энергияларына қатысты энергияның сақталу заңы.
Осы сақталу заңы термодинамиканың бірінші заңы немесе бастамасы деп аталады.
Энергия түрлері және жұмысшы дене туралы ұғым Табиғатта энергия отынның, судың, желдің, күннің, ядролық энергия түрінде болады.
Туынды және түзілетін энергия:
отынды жағу арқылы жылу энергиясын аламыз, ол негізінен денелерді қыздыруға пайдаланылады.
станоктарды, машиналарды, ұшақтарды және т.б. қозғалысқа келтіру үшін механикалық энергия талап етіледі. Ол отын жанған кезде бөлінетін жылуды механикалық энергияға түрлендіретін қозғалтқыштардан алынады.
қозғалыстағы судың, желдің, жылулық және ядролық энергияны электр энергиясын алу үшін қолданады; энергияның бұл түрі техникада, тіршілікте кеңінен қолданылады, оны қашықтыққа жеткізу оңай, сымдар көмегімен.
Электрэнергиясын арнайы машиналар мен аппараттарда қайтадан жылулық немесе механикалық энергияға түрлендіруге болады.
Күйдің негізгі термодинамикалық параметрлері туралы ұғым және олардың математикалық сипатталуы
Дененің физикалық күйі, осы күйді сипаттайтын кейбір шамалармен анықталады, олар – күй параметрлері. Бірқатар шамалар күй параметрлері бола алады: меншікті көлем, абсолюттік қысым, абсолюттік температура, ішкі энергия, энтальпия, энтропия, концентрация, изохора-изотермиялық потенциал және т.б.
Күш өрісі болмаған кезде (гравитациялық, электрмагниттік және т.б.) біртекті дененің күйі тек үш параметрмен ғана анықталады. Олар техникалық термодинамикада:
меншікті көлем,
абсолюттік температура,
қысым.
Бұл үш параметр, негізгілер деп аталады, олар тәуелсіз шамалар емес және өзара белгілі бір математикалық тәуелділіктермен байланысады.
Күйдің негізгі термодинамикалық параметрлері туралы ұғым және олардың математикалық сипатталуы Біртекті заттың меншікті көлемі – көлемнің массаға қатынасымен анықталатын шама, өлшем бірлігі – м3 /кг :
v = V/m, (1)
мұндағы V - зат мөлшерінің көлемі, м3
m – осы заттың массасы, кг.
Заттың тығыздығы - массаның көлемге қатынасымен өлшенетін шама, кг/м3
ρ=m/V. (2)
Меншікті көлем тығыздыққа кері шама, яғни:
Күйдің негізгі термодинамикалық параметрлері туралы ұғым және олардың математикалық сипатталуы
Қысым - Молекулярлық-кинетикалық теория тұрғысынан қарағанда, қысым үздіксіз хаосты қозғалыста болатын газ молекуласының ыдыс қабырғасына соқтығысуының орташа нәтижесі және күштің қабырғаға перпендикуляр құраушысының бет ауданына қатынасымен анықталады, яғни
мұндағы p – қысым;
Fn – нормальді құраушы күш;
A – әсер етуші күшке перпендикуляр беттің ауданы
Қысым н/м2 немесе Па өлшенеді.
Күйдің негізгі термодинамикалық параметрлері туралы ұғым және олардың математикалық сипатталуы Температура дененің қызу дәрежесін сипаттайды, молекулалар қозғалысының орташа қарқындылығын көрсетеді. Қаншалықты молекула қозғалысының жылдамдығы жоғары болса, дененің температурасы да жоғары болады. Молекуланың үдемелі қозғалысының орташа кинетикалық энергиясы mw2/2 мен абсолюттік температура арасында тікелей байланыс бар:
mw2/2 = 3/2кТ, (6)
мұндағы m – молекула массасы; w – молекуланың үдемелі қозғалысының орташа квадраттық жылдамдығы; T – абсолюттік температура; k – Больцман тұрақтысы, ол 1,38·1023 Дж/К тең.
Абсолюттік температура әр қашанда оң шама. Температура Т=0 кезінде молекулалардың жылулық қозғалысы тоқтайды (w = 0). Бұл шекті минимал температура және абсолюттік температураны есептеудің бастамасы. Техникада температураны өлшеу үшін денелердің әртүрлі қасиеттері қолданылады.
Термодинамикалық жүйе және процесс туралы анықтамаларҚұбылыстарды термодинамикалық зерттеу кезінде, зерттеу объектісі ретінде денелердің бір тобы, не дене бірлігі немесе оның бір бөлігі алынады. Зерттелінетін объект термодинамикалық жүйе, ал одан сырт жатқандар – қоршаған орта деп аталады. Термодинамикалық жүйе– бір-бірімен де, қоршаған ортамен де энергия алмастыратын макроскопиялық денелердің жиынтығы.
Егер термодинамикалық жүйе қоршаған ортамен ешқандай әрекетке түспесе, онда олоқшауланған немесе тұйықталған жүйе.
Қоршаған ортамен жылуалмасу болмайтын, адиабаттық қауызбен қоршалған жүйе жылуоқшауланған немесе адиабаттық жүйе деп аталады.
Өзінің барлық бөліктерінде бірдей құрам мен физикалық қасиеттерде болатын жүйе физикалық біртекті жүйе деп, ал ішінде бөліну беттігі жоқ біртекті термодинамикалық жүйегомогенді (мысалы: мұз, су, газдар), ал әртүрлі физикалық қасиеттері бар, бірнеше макроскопиялық бөлшектерден тұратын, бір-бірінен көрінетін бөліну беттерімен ажыратылған жүйе (мысалы: мұз бен су, су мен бу және т.б.) гетерогенді деп аталады.
