Термодинамика негіздері
Ішкі энергия. Жылу мөлшері
жүктеу/скачать 0.61 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- ; ; ; ;
| Ішкі энергия. Жылу мөлшері
Энергияның әртүрлі формалары бар. Әрбір форма заттың белгілі бір қозғалыс түріне тән, мысалы, механикалық қозғалыс механикалық энергияға, электр зарядтарының қозғалысына сәйкес келеді - электр және магнит өрістерінің энергиясы және т.б. ішкі энергия жылу қозғалысымен байланысты. "Ішкі энергия" ұғымы ғылымда 19 ғасырда пайда болды.энергияны сақтау Заңының құрылуына байланысты және молекулалық-кинетикалық теория саласындағы жетістіктердің арқасында. Бұл термин бірден дұрыс түсіндірілмеді. 19 ғасырдың екінші жартысында. ішкі энергияны белгілеу үшін терминдер қолданылды: "берілген күйдегі дененің механикалық энергиясы", "әрекет функциясы", "дене энергиясы" және т. б. "жылу" сөзінде үш ұғым өте ұзақ уақыт біріктірілді: 1) дене алатын немесе беретін жылу мөлшері; 2) ішкі энергия; 3) жылу энергиясы қозғалыс. Мұндай араластыру әдістемелік тұрғыдан заңды емес, өйткені бұл жағдайда термодинамиканың бірінші заңы мағынасыздыққа айналады. Бұл энергияның сақталу заңын жылу процестеріне таратуға мүмкіндік берген ішкі энергия ұғымының енгізілуі: диссипативті күштер болған кезде жүйенің механикалық энергиясының төмендеуі оның ішкі энергиясының өсуіне тең болады. Термодинамикадағы дененің ішкі энергиясы деп тек ішкі күйге тәуелді және басқа денелерге қатысты қозғалыспен байланысты емес энергия түсініледі. ішкі энергия-бұл бірқатар параметрлермен (қысым, көлем, температура) анықталатын дене күйінің бір мәнді Функциясы. Бұл әр күйде (немесе жүйеде) ішкі энергияның бір ғана мәні бар екенін білдіреді. Бұл ережені келесі пайымдау мысалында дәлелдеуге болады: егер ішкі энергияның екі мәні бірдей күйге сәйкес келсе және жүйеден энергия айырмашылығын ( - ) алып тастауға болады , ал оның күйі өзгермейді. Мұндай жүйе термодинамиканың бірінші заңына (энергияны сақтау заңына) қайшы келетін ешқандай өзгеріске ұшырамай энергия көзі бола алады. Демек, бір күйден екінші күйге ауысқан кезде жүйенің ішкі энергиясының өзгеруі бұл ауысуға байланысты емес, яғни ішкі энергия процестің функциясы емес, жүйенің күйінің функциясы болып табылады. Ішкі энергия ұғымын термодинамикалық түсіндіру оның мағынасын толық ашпайды. Бұл тұжырымдаманы неғұрлым толық анықтау үшін оның молекулалық-кинетикалық түсіндірмесін қарастыру қажет. Қазіргі физикада ішкі энергия деп хаотикалық қозғалыс энергияларының қосындысы және молекулалар мен қозғалыс энергиясының өзара әрекеттесуі және молекулаларды құрайтын бөлшектердің өзара байланысы (бөлшектердің тербелмелі қозғалысының энергиясы, атомдардың электронды қабықтарының энергиясы, ядролық энергия және т.б.) түсініледі. Термодинамикада тым жоғары емес температурада болатын жылу процесі зерттелгендіктен, ішкі энергияның өзгеруі оның алғашқы екі компонентінің өзгеруіне байланысты болады. Сондықтан жылу құбылыстарын қарастырғанда ішкі энергия деп молекулалардың хаотикалық қозғалысының кинетикалық энергиясының және олардың өзара әрекеттесуінің потенциалдық энергиясының қосындысын түсінуге болады: . Әдетте, бізді ішкі энергияның мәні емес, оның өзгеруі қызықтырады, сондықтан ішкі энергияны санаудың басталуы ерікті түрде таңдалады. Ішкі энергия кез-келген сыртқы факторлардың әсерінен, жұмыс кезінде немесе жылу беру процесінде өзгеруі мүмкін. Бірінші жағдайда ішкі энергияның өзгеруінің өлшемі жұмыс болып табылады, екіншісінде берілген жылу мөлшері. Жұмыс, жылу мөлшері сияқты, жүйенің соңғы және бастапқы күйіне ғана емес, сонымен қатар күйдің өзгеруі қай процесте болғанына да байланысты. Жылу мөлшері мен жұмыс күйдің өзгеру процесін сипаттайды және күй функциялары емес. Оқушыларға жұмыс пен жылу беру ішкі энергияны өзгертудің тең емес тәсілдері екенін түсіндіру қажет. Жұмыс-реттелген қозғалыс энергиясының өзгеруі, жұмысты орындау механикалық және ішкі энергияның өзгеруіне әкелуі мүмкін. Жылу беру кезінде жүйе бөлшектерінің хаотикалық қозғалысының энергиясы өзгереді және бұл оның ішкі энергиясының өзгеруіне әкеледі. Алғаш рет оқушылар негізгі курста ішкі энергия ұғымымен таныстырылады. Жоғары сыныптарда ішкі энергия ұғымы молекулалық-кинетикалық көріністер негізінде одан әрі дамып, жалпыланады. Атап айтқанда, ішкі энергия. Термодинамикалық параметрлермен (p, V, T) анықталған дененің (немесе жүйенің) күйіне байланысты шама ретінде қарастырылады.Ойға баса назар аударыңыз: ішкі энергия-бұл күйдің бір мәнді Функциясы. Ішкі энергия ұғымының дамуы мен нашарлауы оны идеалды газға қолдану жолымен жүреді. Егер термодинамика аясында бізді ішкі энергияның өзгеруі қызықтырса, онда идеалды газ үшін берілген күйдегі ішкі энергияның мәнін есептеуге болады: ; ; ; ; (бір атомды газ үшін). Идеал газдың ішкі энергиясы оның температурасына ғана байланысты. Термодинамиканың бірінші заңын қолдана отырып, идеал газдың ішкі энергиясы әртүрлі изопроцестерде қалай өзгеретінін көрсетіңіз және бұл өзгерістің сипатын молекулалық-кинетикалық тұрғыдан түсіндіріңіз Жылу мөлшері мен калориметриялық есептеулер туралы түсінік физиканың негізгі курсында толық зерттеледі, сондықтан орта мектепте бұл материал тек қайталанады. жүктеу/скачать 0.61 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|