ТЕРМОДИНАМИКА НЕГІЗДЕРІ туралы ақпарат

Қарағанды мемлекеттік техникалық университеті

Физика кафедрасы

ТЕРМОДИНАМИКА
НЕГІЗДЕРІ
Дәріс жоспары
1. Идеал газдың ішкі энергиясы Газдың
ұлғаю жұмысы
2. Термодинамиканың бірінші заңы
3. Жылусыйымдылқ теориясы
4. Карно циклы және оның ПӘК
5. Энтропия. Энтропииның ықтималды
салыстырмалы күйімен байланысы
Термодинамиканың екінші заңы және
оның физикалық мәні
Идеал газдың ішкі энергиясы
Идеал газдың ішкі
энергиясы оның
молекулаларының
кинетикалық
энергиясынан тұрады

i
im
UM RT U RT
2 2
Ішкі энергияның өзгерісі
Ішкі энергия функцияның күйі
болып табылады
Ішкі энергияның
өзгеруінің екі жолы бар :

Жүйенің немесе сыртқы
күштердің жасайтын ЖҰМЫСЫ;

Жылулық Қоршаған ортадан жүйеге
резервуар
берілетін ЖЫЛУЛЫҚ.
Газ ұлғаюының жұмысы

A Fd pS p V

A p V 2
A pdV
A 0 Жұмысты газ атқарады 1

A 0 Жұмыс сыртқы күштер тарапынан
болады
Жұмыстың графикалық
анықталуы

Жұмыс ауданға тең
Газ жұмысы

Бір күйден екінші күйге өту әр түрлі процесстер
тарапынан болады және ол кездегі атқарылатын
жұмыста әр түрлі. Жұмыс функцияның процессі
болып табылады
Жылудың берілу түрлері

1 Жылу алмасу
2 конвекция
3 сәуле шығару
Жылу алмасу
Конвекция

Ыстық су
жоғары
көтеріледі

Суық су
төмен
түседі

Қыздырғыш
Сәуле шығару
Термодинамиканың бірінші заңы
U Q A Q U A

Q dU A
2 2 2

dU U
2 U1
dA A12 dQ Q12
1 1
Жылусыйымдылық
Q
Меншікті C
жылусыйымдылық dT
Q Дж
c C
mdT К
Мольлық жылусыйымдылық

Q Q V const Cv
С
dT m dT
P const CP
V const A P V 0
QV dU
dU M
CV dT dU CV
dT
dU M CV dT iR
cv
m
U CV T
M
P const A PdVM

Q dU M PdVM

Q dU M dVM
P
dT dT dT
PVM
PVM RT R
T

dU M dVM
CP P
dT dT

C P CV R

i 2
cp R
Жылусыйымдылық процесс
түріне байланысты
dU i dU A i 2
СV R СP R
dT 2 dT dT 2
Тұрақты көлемдегі Тұрақты қысымдығы мольдық
мольдық жылусыйымдылық
жылусыйымдылық
Мольдық
C P CV R жылусыйымдылық
арасындағы байланыс
(Майер теңдеуі)
CP i 2 Пуассона коэффициенті
(адиабата көрсеткіші)
CV i
Изобаралық процесс
m
A p V R T

im m
U R T CV T

m
Q U A C P T

Изохоралық процесс
A 0 Q dU
im m
U R T CV T

m
Q U CV T

Изотермиялық процесс
m V2
A pdV RT ln
1 V1

Температурасындағы
U 0
ыстық су

m V2
Q A RT ln
V1
Адиабаталық процесс
Адиабаталық процесс кезінде
қысымның ұлғаюы көлемнің
Q 0
кішіреуі мен температураның
жоғарылауына тәуелді. A dU
Процесстің теңдеуі:

pV const

TV 1
const p1V1 V1
A 1
1 1 V2
T p const
Энтропия

Q / T келтірілген жылу мөлшері

Q
T 0 қайтымды процесс үшін

Клаузиус өлшем енгізді, оны энтропия деп атады:

Q
dS
T
2 2
Q dU A
S S 2 S1
T 1
T

m m dV
dU CV dT A PdV RT
M V

T2 V2
m dT m dV
S S 2 S1 Cv R
M T1 T M V1 V

m T2 V2
S S 2 S1 Cv ln R ln
M T1 V1
Энтропия
Больцман энтропияны термодинамикалық
ықтималдығымен байланыстырды :

S k ln w
Энтропия жүйенің біркелкілік емес шамасы;
үлкен энтропия үлкен хаосқа соқтырады
Термодинамиканың екінші
бастамасы
Суық денеден ыстық денеге жылу берілу мүмкін емес

Бір рет қана берілген жылудың көмегімен сыртқы
ортаның қасиетін өзгертпей мәңгі қозғалтқыш алу
мүмкін емес
Оқшауланған жүйедегі энтропия ондағы барлық
процесстерде кеміді

S 0
S 0 Қайтымды S 0 Кайтымсыз
процесстер үшін процесстер үшін
A Q1 Q2

Q1 Q1
Карно циклы

1-2 изотерма
2-3 адиабата
3-4 изотерма
4-1 адиабата

T1 T2
max
T1
Карно циклы

Q TdS A PdV
2
Q12 TdS T const

Q12 T ( S 2 S1 )

Q dU A

TdS dU PdV

dU PdV
dS
T
ТАСЫМАЛДАУ ҚҰБЫЛЫСЫ.
НАҚТЫ ГАЗДАР
Дәріс жоспары

• Эффективтік диаметр
• Тасымалдау құбылысы
• Молекуллрдың өзара әсерлесуі
• Ван-дер-Ваальс теңдеуі
• Ван-дер-Ваальс изотермасы
• Фазалық ауысу
• Күй диаграммасы
Молекулалардың өзара әсерлесу
энергиясы
МОЛЕКУЛАНЫҢ ЭФФЕКТИВТІК
ДИАМЕТРІ
Молекуланың эффективтік
диаметрі –
молекулалардың жақындай
алатын минимал
қашықтығы

d - Эффективтік
диаметр
d
2
d - молекуланың эффективті қимасы

Z

z

- орташа еркін жүру жолының

Z ұзындығы

d

z nV ; 2
V d

z n d 2
z 2 d n

Z

Z 2
2 d n 2
2 d n

1 1

2 d n 2 n
Орташа еркін жол ұзындығы

2 d n

1 n2 p2
T const
2 n1 p1
1 1
~ ~
n P
Тасымалдау құбылысы
Диффузия

dni d i
dN i D S , dM i D S ,
dz dz
Фик заңы
nm M кг / с
D -диффузия коэффициенті
d 2
D 1м / с

dx x
1 2
Жылу өткізгіштік
T1 T2
dT

dT 1
q dS cv
dx 3
q - Дж/c - Вт/м К
Тұтқырлық

d d
F S K S
dx
dx

D

cv D cv
Нақты газдар
Дәлдіктің жеткілікті дәрежесіндегі сиретілген нақты
газдар идеал газдар заңына бағынады. Бұл дегеніміз -
молекулалардың арасындағы өзара әсерлесу күштері
олардық ара қашықтығына байланыcты

Тәжірибелер
көрсеткендей, 1нм аса
қашықтықтағы
молекулааралық
әсерлесуді ескермеуге
болады
Нақты газдар
Идеал газ моделіндегі
молекулалар – арасында
әсерлесу күштері болмайтын
материалдық нүктелер.
Дегенмен 100 атм қысымда
молекулалардың өзіндік көлемі
барлық қысымның 50%
құрайды, және олардың
арасындағы әсерлесу күші
бірден өседі

Молекулалардың
өзіндік көлемі
Қысым ұлғайғанда сығылғaн газ көлемі
молекулалардың өздері алатын көлемге
теңеседі
Идеал газ күйінің теңдеуі төмен қысымда және
жоғары температурадағы газдар әрекетін сипаттауға
пайдалы.
Идеал газадың берілген күйден ауытқуы сығылу
коэффициентімен Z сипатталады
pV
Z
RT
Егер Z = 1 болса, идеал газ қасиетіне жақын болады
Сығылу коэффициенті Z 1-ден өзгеше
болса,солғұрлым идеал газадан ауытқуы күштірек
болады
Нақты газдар
Молекулалар арасында тартылыс және тебіліс күштері
болады

Тебілу

Тартылу
Молекулалардың потенциялдық және
кинетикалық энергиялары арасындағы
арақатынас агрегаттық күйлерге бөлу
үшін сындық болып табылады
Нақты газ күйінің теңдеуі –Ван-дер-Ваальс
теңдеуі
Нақты газдарда келесі ескерілу керек:
Бөлшектерде өз көлемі болады
Молекулалар арасында тартылыс және тебіліс
күштері бар
pV RT

Идеал газ күйінің теңдеуі
молекулалардың өз көлемі мен олардың
әсерлесуі ескерілетіндей түрлендірілуі қажет
ВАН-ДЕР-ВААЛЬС ТЕҢДЕУІ

Газдың 1 молі үшін

a
p 2 V b RT
V
Молекуланың өз
Молекулалардың көлеміне түзетілім
өзара әсерлесуін
ескеру
2a
p 2 V b RT
V
Газдың туынды массасы үшін
B-тұрақтысы молекула өлшеміне
байланысты: үлкен молекула үшін оның
мәні де үлкен
a-молекулалар арасындағы тартылыс
күшінің шамасы
ВАН-ДЕР-ВААЛЬС ИЗОТЕРМАЛАРЫ

Ван-дер-Ваальса теңдеуі
– 3-дәрежеде V қатысты,
сондықтан 3 заттық
түбірі болуы мүмкін

db жеріндегі ұлғаю
қысым ұлғаюымен
жүреді, оның физикалық
мағынасы жоқ, сол
себепті бірден ea
секірісі болады
ВАН-ДЕР-ВААЛЬС ИЗОТЕРМАЛАРЫ

Жоғары
температураларда
идеал газ
изотермаларынан
ауытқу кішірек
көрсетілген
Нақты газдың ішкі энергиясы
Нақты газдың ішкі энергиясы
молекулалардың кинетикалық ,сондай –ақ
потенциалдық энергияларынан құралады

Газдың 1молі үшін:

a
U CV T
V
Молекулалардың Молекулалардың
кинетикалық потенциалдық
энергиясының қосындысы энергиясының қосындысы
Ван-дер-Ваальс теңдеуіне бағынатын газ үшін
күйлердің сындық шамаларының мәндері

1 a
p k 2
27 b

Vk 3b
8 a
Tk
27 bR
Фазалық ауысулар
Фаза ––химиялық
Фаза химиялыққұрамы
құрамыбірдей
бірдейжәне
және11
термодинамикалықкүйдегі
термодинамикалық күйдегі
жүйеніңбарлық
жүйенің барлықбөліктерінің
бөліктерініңбайланысы
байланысы
1 реттік фазалық ауысу мысалдары:
•балқу – қату
•булану – конденсация
•Сублимация
2 реттік фазалық ауысу мысалдары:
•ферромагнетиктің парамагнетикке ауысуы және
керісінше. Металдың жоғары өтімді күйге ауысуы
•Сұйық гелийдің аққыштығы жоғары күйге айналуы
Біртекті қоспа үшін фаза ұғымы
агрегаттық күймен сәйкес келеді

Қатты сұйықтық
күй
температура

Молекулярлық қозғалыс газ

Молекулалардың өзара
әсерлесуі
Күй диаграммасы
Егер жүйе біртекті болса, онда фаза ұғымы
агрегаттық күймен сәйкес келеді

Күй диаграммасы –
фазалық ауысудың
температурасы мен қысымы
арасындағы тәуелділік
диаграмманы 3-ке бөлетін
қатты ,сұйық,газ
шарттарына сай
булану,балқу,сублимация
қисықтары түріндегі
графикте бейнеленген
Күй диаграммасы
Су үшін
Сындық нүкте

Үштік нүкте

Сындық нүкте: сындықтан жоғары температурада
ешқандай қысым ұлғаюымен газды сұйыққа айналдыруға
болмайды
Үштік нүкте: заттың 3фазасының бірдей болуының
шарты
Назар
аударғандарыңызға
рахмет!

Ұқсас жұмыстар

Термодинамика анықтамалары және сыныптамасы

Термодинамикалық жүйе, процесс және тепе - теңдік

Термодинамиканың бастамалары

ХИМИЯЛЫҚ ТЕРМОДИНАМИКА

ТЕРМОДИНАМИКА ІШКІ ЖЫЛУ

Термодинамика - тәжірибелерден жинақталған нәтижелерге сүйенетін феноменологиялық ғылым

Термодинамика заңдары, изопроцесстер

Термодинамика анықтамасы

Адиабаталық процесс

ТЕРМОДИНАМИКАЛЫҚ ЖҮЙЕЛЕР

Пәндер