Дәріс. Термодинамика негіздері

1. Термодинамикалық жүйенің ішкі энергиясын өзгерту әдістері.

2. Термодинамиканың бірінші бастамасы.

3. Күй функциясы және процесс функциясы. Термодинамикадағы жұмыс.

4. Термодинамиканың бірінші бастамасын изопроцестер үшін қолдану.

5. Адиабаттық процесс.

6. Газдардың жылу сыйымдылығы. Пуассон теңдеуі. Политроптық процесс.

Термодинамикалық жүйенің ішкі энергиясы екі түрлі жолмен өзгереді: жүйеге жылу берілуі арқылы немесе жүйенің жұмыс атқару кезінде.

Басқаша айтқанда, энергияның бір денеден екінші денеге берілуінің екі тәсілі бар: жұмыс және жылу. 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 -ге тең кейбір жүйе (поршень астындағы цилиндрдегі газ) сырттан жылу мөлшерін алып, сыртқы күштерге қарсы жұмыс атқарсын. Сонда жүйе ішкі энергиясы -ге тең жаңа күйге ауысады.

Егер жылу жүйеге берілсе оң болып саналады, ал жұмыс оң болу үшін ол сыртқы күштерге қарсы орындалу қажет.

Жүйе бірінші күйден екіншіге кез келген тәсілмен ауысқанда энергияның сақталу заңына сәйкес ішкі энергияның өзгерісі бірдей болады да мынаған тең:

немесе

Жүйеге берілген жылу мөлшері оның ішкі энергиясын өзгертуге және жүйенің сыртқы күштермен жұмыс істеуіне жұмсалады.

Термодинамиканың бірінші заңының дифференциалды түрі:

,

мұндағы - толық дифференциал, ал және 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,

, ,

Егер жүйе периодты түрде бастапқы күйге қайтып оралатын болса, оның ішкі энергиясының өзгерісі . Сонда .

Бірінші текті мәңгі двигательді, яғни сырттан келтірілген энергиядан артық жұмыс өндіре алатын периодты түрде істейтін құрылғыны жасау мүмкін емес.

Термодинамикадағы жұмыс

Жұмыстың геометриялық мағынасы: газдың көлемнен көлемге дейін ұлғаю кезінде атқаратын жұмысы өсі, қисығы және , көлемдерге сәйкес келетін түзулермен шектелген аудан арқылы анықталады

1. Изотермиялық процесс

2. Изобарлық процесс

3. Изохорлық процесс