Е. Т. Акимбеков физика пәнінен дәрістер курсы нұр-Сұлтан 2020
жүктеу/скачать 3.65 Mb.
|
| A=0, Q=U немесе dQ=dU
3) Изобаралық процесс. p=const. Изобаралық процесс кезінде термодинамиканың жүйеге берілген жылу мөлшері жүйенің ішкі энергиясын өзгертуге және жүйенің сыртқы денелермен жұмыс атқаруына жұмсалады: Q=U+A немесе dQ=dU+dA Адиабаттық және политроптық процестер. Термодинамикалық жүйеде оны қоршаған сыртқы ортамен жылу алмаспай ( ) орындалатын процесті адиабаттық деп атайды. Адиабаттық процесс үшін Пуассон теңдеуі: (9.9) Мұндағы - адиабата көрсеткіші. Пуассон теңдеуінің: температура мен көлем арқылы жазылуы: (9.10) температура мен қысым арқылы жазылуы: (9.11) Адиабаттық процесс үшін термодинамиканың бірінші бастамасы: (9.12) 1) , сыртқы күштердің жұмысы есебінен газдың ішкі энергиясы артады, яғни . 2) , газішкі энергиясының кемуі есебінен сыртқы күштерге қарсы жұмыс атқарады, яғни . Адиабаттық процесте атқарылатын жұмыс: (9.13) ТД жүйенің тұрақты жылу сыйымдылығында ( ) орындалатын процесс политроптық деп аталады. Политроптық процестің теңдеуі: (9.14) мұндағы политропаның көрсеткіші: (9.15) Политроптық процестің дербес жағдайлары:
Термодинамиканың екінші бастамасы. Жүйе бірнеше күйден өтіп, бастапқы күйіне қайтып келетін болса, онда процесс дөңгелек процесс (немесе цикл) деп аталады. Алдымен тура бағытта, сосын кері бағытта орындалатын процесте ТД жүйе және онымен әсерлесетін барлық сыртқы денелер алғашқы күйіне қайта оралатын процесті қайтымды деп атайды. Термодинамиканың екінші бастамасы жылу машиналарының жұмыс істеу принциптерін байқаудан қалыптасты. Сондықтан осы жылу машинасының схемасын қарастырайық. Негізінен жылу машиналары Карно циклімен жұмыс атқарады. Карно циклі 2 изотермадан және 2 адиабатадан тұрады, 1 – 2 – изотермиялық ұлғаю; 2 – 3 – адиабаталық ұлғаю; 3 – 4 – изотермиялық сығылу; 4 – 1 – адиабаталық сығылу (20-сурет). Карно циклімен жұмыс кез-келген жұмыс машинасы температурасы Т1 қыздырғыштан (1), жұмыс денесінен (3) және температурасы Т2 салқындатқыштан (2) тұрады (21-сурет). 20-сурет 21-сурет Бір циклде жұмыс денесі қыздырғыштан Q1 жылу мөлшерін алады, салқындатқышқа Q2 жылу мөлшері береді және сыртқы денелермен А жұмыс атқарады. A = Q1-Q2 . Кез-келген қондырғының тиімділігі - пайдалы әсер коэффициентімен анықталады. Жылу машинасының пайдалы әсер коэффициенті бір цикл кезінде атқарылған пайдалы жұмысының қыздырғыштан алынған жылу мөлшеріне қатынасына тең болады. Кез-келген жылу машинаның пайдалы әсер коэффициенті идеал жылу машинаның пайдалы әсер коэффициентінен үлкен болмайды. Идеал жылу машинаның пайдалы әсер коэффициенті Идеал жылу машинаның пайдалы әсер коэффициенті тек қыздырғыш пен салқындатқыштың температурасына тәуелді. Энтропия. Газ молекулалардың жылулық қозғалысының ерекшелігі - оның ретсіздігінде. Изотермиялық процесте жүйенің алған жылуының энергия көзінің температурасына қатынасы келтірілген жылу мөлшері деп аталады: Процестің шексіз аз бөлігінде келтірілген жылу мөлшері -ге тең, ал нақты екі бөлігінің арасында ( ): Кез келген қайтымды циклде: Толық дифференциалы процестің шексіз аз бөлігінде келтірілген жылу мөлшеріне тең күй функциясын энтропия ( S ) деп атайды: (9.16) Оқшауланған тұйық жүйедегі қайтымсыз процесте жүйенің энтропиясы әрқашан артады: ал қайтымды процесте өзгермейді: Осы екі жағдай Клаузиус теңсіздігіне біріктірілген: (9.17) ТД жүйе бір күйден екінші күйге ( ) өткенде энтропияның өзгерісі осы күйлерге сәйкес энтропиялардың айырымына тең: (9.18) Адиабаттық қайтымды процесте ( ) энтропия тұрақты S=const Сондықтан оны изоэнтропиялық процесс деп те атайды. Изотермдік процестегі ( ) энтропияның өзгерісі: . Изохорлық процестегі ( ) энтропияның өзгерісі: . Энтропия - аддитивті шама: термодинамикалық жүйенің энтропиясы жүйенің құрамдас бөліктерінің (жүйеге кіретін денелердің) энтропияларының қосындысына тең. . (9.19) Макрожүйенің қандай да бір нақты күйге келу әдістерінің саны жүйе күйінің термодинамикалық ықтималдығы деп аталады. Жүйенің энтропиясы мен термодинамикалық ықтималдық арасындағы байланыс Больцман формуласымен анықталады: (9.20) Жүйе күйінің термодинамикалық ықтималдығы W жүйені құрайтын бөлшектердің координаттар және жылдамдықтар бойынша таралу санына тең ( ). Оңашаланған тұйық жүйедегі қайтымды процестерде термодинамикалық ықтималдық тұрақты болады (W=const), ал қайтымсыз процестерде ылғи артып отырады ( ). Осыдан шығатын қорытынды: қайтымсыз процестің нәтижесінде жүйе ең төменгі орнықсыз ықтимал күйден ең жоғарғы орнықты күйге (тепе-теңдікке) келеді. Больцман формуласы МКТ-ның негізінде энтропияның статистикалық мағынасын айқындайды: энтропияның анықтамасына сәйкес жүйе күйінің шексіз аз қайтымды өзгерісінде оған берілген жылу мөлшері Сонда термодинамиканың бірінші бастамасы бойынша қайтымды процесте термодинамикалық тепе-теңдік орындалады: (9.21) Термодинамиканың екінші бастамасы жүйеде өтіп жатқан процестің бағытын анықтауға мүмкіндік береді. Клаузиус теңсіздігі мен энтропия ұғымы екінші бастаманы қайтымсыз процестер үшін тұйық жүйе энтропиясының арту заңы түрінде тұжырымдайды. Екінші бастаманың басқа қорытындылары: 1) Кельвин бойынша: нәтижесінде қыздырғыштан алынған жылу мөлшерін толығымен пара-пар жұмысқа айналдыратын циклдік процесті жүзеге асыруға болмайды; 2) Клаузиус бойынша: нәтижесінде температурасы төмен салқын денеден температурасы жоғары қызған денеге жылу берілетін циклдік процесті жүзеге асыруға болмайды; Термодинамиканың алғашқы екі бастамасы температурасы абсолют нөлге жақын жүйенің күйі туралы айқын сипаттама бермейді. Бұл жағдай термоди-намиканың үшінші бастамасымен толықтырылған (Нернст-Планк теоремасы): тепе-тең күйдегі барлық денелердің энтропиясы жүйенің температурасы абсолют нөлге жақындағанда нөлге ұмтылады. (9.22) Термодинамиканың үшінші бастамасы негізінен абсолютті температура шкаласын жасау мүмкіндігі туралы мәлімдеме болып табылады, ол үшін абсолютті нөл нүкте - қатты заттың ішкі энергиясы дәлме-дәл болып табылады. жүктеу/скачать 3.65 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|