§2. Термодинамиканың бірінші бастамасы

жылдамдығы ^da _dt

болуы кажет:

осы параметрдің релаксациядағы өзгеруінің орташа жылдамдығынан көп кем


 _ (3)

мұнда  релаксация уақыты. (3) -ші өрнектен кез келген жəй жүретін үрдістің тепе-теңдік күйге жақын екендігін көреміз.

Қалыпты жағдайда газдарда

  10 ^6 C , демек (3) - ші қатынасты қанағаттандырады.

Тепе - теңдік үрдістерде ішкі энергия əрбір уақыт мезетінде күй функциясы, яғни сыртқы жəне ішкі параметрлердің функциясы болып табылады. Бұл энергияның өзгеруі осы параметрлердің өзгеруі арқылы анықталғандығын көрсетеді. Тепе-тендік күйді сипаттайтын қатынастарды көптеген жағдайда кез келген тепе-теңдікте емес, яғни статистикалық күйде емес үрдістерде де қолдануға болады.

Жүйенің сыртқы параметрлерінің өзгеруі нəтижесінде энергияның кез келген түрде берілуі жұмыс деп аталады. Мысалы, газдың ұлғаюы көлемнің өзгеруімен тығыз байланысты. Бұл жағдайда сыртқы денелердің кедергісін жеңуге жүйенің энергиясының белгілі бір бөлігі жұмсалады.

Тепе-теңдік үрдістер үшін сыртқы  параметрдің шексіз аз өзгеруінде істелетін жұмыс

A  d

мүнда - сыртқы параметріне сəйкес келетін жалпылама күш. Шындығында да жүйе  күйден  + d күйге адиабаттық өткенде энергияның өзгерісі
dU  ^dU d

d
Энергияның азаю шамасы жұмыска тең. Бұдан
_{  } ^dU 

 

_ d _ад

  жүйенің ішкі парметрі жəне температура мен жүйенің сыртқы параметрлерінің функциясы

болып табылады. Мысал ретінде газ үлғайғандағы қарапайым жүмысты:
A  PdV

беттік керілу күштерінің жүмысын

A   d

(5)

келтіруге болады.

Г  А  Е dD

Бірнеше параметрлердің бір мезгілде өзгеруінде жасалатын жүмыс:
A  __i d_i

i


(6)

Тəжірибелер жүйенің энергиясының берілуі мен алынуын сыртқы параметрлер тұрақты болған жағдайда бақылауға болатындығын көрсетеді.

Энергияның осындай түрде бір жүйеден екінші жүйеге берілуі - жылу беру немесе жылу алмасу деп аталады. Осы үрдіс нəтижесінде берілетін энергияны жылу деп атайды. Жылу Q- аркылы белгіленеді. Үрдістің қарапайым жылу мөлшері мынадай қатынастан анықталады:

c  жүйенің жылу сиымдылығы.

Q  cdT

(7)

Макроүрдістер мен құбылыстарда əр түрлі энергияның ішкі энергияға жəне керісінше ішкі энергияның басқа түрлі энергияларға ауысуын бақылауға болады. Мұндай түрленулерді термодинамиканын бірінші бастамасы сипаттайды. Жалпы түрде бұл бастама энергияның сақталу заңымен сəйкес келеді.

Жүйенің ішкі энергиясы жүйе тек сыртқы денелермен əсерлескенде ғана өзгереді.

Сондықтан тұйықталған жүйенің энергиясы тұрақты шама болуы кажет.

Ал жүйе бір күйден екінші күйге ауысқанда энергия өзгереді. Себебі əрбір күйге энергияның нақты, бір ғана мəні сəйкес келеді. Математикалық түрде бірінші бастаманың теңдеуі мынадай түрде жазылады:

dU  Q  A

(8)

Бүл өрнек белгілі бір үрдістегі dU - ішкі энергияның шексіз өзгерісін анықтайды.

Q жəне А белгілеулері шексіз аз жылу мен жұмысты сипаттайды.

(8)-ші өрнекте егер жүйеге жұмыс А сыртқы денелер арқылы жүргізілсе жұмыс оң мəнді болады, ал Q теріс болуы үшін жүйе жылуды басқа денелерден алуы қажет.

Жұмыс жəне жылу алмасу бөлшектер саны тұрақты жүйелердің энергия беру мүмкіндігін толық анықтайды.

Сондықтан да (8) - ші өрнектің сол жағында кез келген үрдістегі энергияның толық өзгерісі жазылған.

Егер жүйе бір күйден соңғы күйге ауысса

жəне

2

U ₂  U₁  _ dU

1

2

A₁₂  _A

1

2

Q_n  _Q

1
(9)

U ₂  U₁  Q₁₂  A₁₂

(10)

Жүйенің энергиясы оның күйімен бір мəнді байланыста болғандықтан

U  U ₂  U₁

оның

өсімшесі үрдістің өту жолынан тəуелсіз, бастапқы жəне соңғы күйлердің мəндерімен анықталады.

Математикалық тұрғыдан бұл дифференциал екендігін көрсетеді.

dU  дың жүйенің күйін сипаттайтын функцияның толық