Термодинамиканың заңдары

Термодинамиканың заңдары
Термодинамика деп аталатын ғылым саласы жылу энергиясын ең аз
дегенде бір энергия түріне (механикалық, электрлік және т.б.) немесе
жұмысқа ауыстыруға қабілетті жүйелермен айналысады.
Термодинамиканың заңдары жылдар бойы термодинамикалық жүйе
қандай да бір энергетикалық өзгерістерге ұшыраған кезде орындалатын
негізгі қағидалардың бірі ретінде дамыды.

Орындағадар: Медеуова Зере,Қаржанбай
Азиза,Сағындық Сания, Өркен Айсулу,Шараман Жанель
Термодинамиканың тарихы
Термодинамиканың тарихы 1650 жылы әлемдегі алғашқы вакуум сорғыны
салған және оның Магдебург жарты шарлары арқылы вакумды көрсеткен Отто
фон Гюрикпен басталады.

Герике Аристотельдің «табиғат вакуумды қорлайтынын» көптен күткен
болжамды жоққа шығару үшін вакуум жасауды мақсат етті. Герикке ағылшынша
физик және химик Роберт Бойль Guericke дизайнымен танысып, 1656 жылы
ағылшынша ғалым Роберт Хоукпен үйлестіре отырып, ауа сорғышын жасады. Бұл
сорғыны пайдалану арқылы Boyle және Hooke қысым, температура мен көлем
арасындағы корреляцияны байқады. Уақыт өте келе, Бойл заңы
қалыптастырылды, ол қысым мен көлемнің кері пропорционал екенін айтады.
Термодинамиканың заңдылықтары
Термодинамиканың заңдары өздеріне тигізетін әсерін бағаламау үшін өте оңай және
түсінікті .... Басқа нәрселермен қатар, олар энергияны әлемде қаншалықты пайдалануға
болатынын шектейді. Бұл тұжырымның қаншалықты маңызды екеніне баса назар аудару
өте қиын еді. Термодинамика заңдарының салдары қандай да бір жолмен ғылыми
ізденістің барлық аспектілеріне әсер етеді.

Термодинамиканың заңдарын түсінудің негізгі ұғымдары
Термодинамиканың заңдарын түсіну үшін оларға қатысты басқа термодинамикалық
түсініктерді түсіну қажет.

Термодинамика шолу - термодинамиканың негізгі принциптерін шолу
Heat Energy - жылу энергиясының негізгі анықтамасы
Температура - температураның негізгі анықтамасы
Жылумен тасымалдауға кіріспе - жылу берудің әр түрлі әдістерін түсіндіру.
Термодинамикалық процестер - термодинамиканың заңдары көбінесе
термодинамикалық процестерге қолданылады, термодинамикалық жүйе қандай да бір
энергетикалық трансферден өтеді.
Термодинамиканың заңдылықтарын дамыту
Энергияның айқын нысаны ретінде жылуды зерттеу 1798 жылы британдық әскери инженер
Сэр Бенджамин Томпсон (The Rumford деп те аталады) кезде, бұл жылу жасалатын
жұмыстардың көлеміне пропорционалды болатындығын байқады ... іргелі бұл
термодинамиканың бірінші заңының салдары болып табылады.

Француз физигі Сади Карнот 1824 жылы термодинамиканың негізгі қағидасын
тұжырымдады. Карнот өзінің Carnot циклдік жылу қозғалтқышын анықтайтын
қағидалары, неміс физигі Рудольф Клаузиус термодинамиканың екінші заңына айналады,
ол да жиі тұжырымдалған термодинамиканың бірінші заңы.

Тоғызыншы ғасырдағы термодинамиканың қарқынды дамуы үшін өнеркәсіптік революция
кезінде тиімді бу қозғалтқыштарын жасау қажеттілігі туындады.

Кинетикалық теория және Термодинамиканың заңдары
Термодинамика заңдары атом теориясы толығымен қабылданғанға дейін қалыптасқан
заңдарға мағынасы бар жылу берудің қалай және неліктен нақты екендігіне ерекше
көңіл аудармайды. Олар жүйе ішіндегі энергия мен жылудың жалпы өтулерімен
айналысады және атомдық немесе молекулярлық деңгейде жылу алмасудың ерекше
сипатын ескермейді.
Термодинамиканың нөлдік заңы
Термодинамиканың нөлдік заңы: Үшінші жүйемен термиялық тепе-теңдіктегі екі
жүйе бір-біріне жылу тепе-теңдігі болып табылады.

Бұл нөлдік заң - жылу тепе-теңдігінің өтпелі қасиеті. Математиканың өтпелі
қасиеті, егер A = B және B = C болса, онда A = C. Термиялық тепе-теңдікке
келетін термодинамикалық жүйелерге де қатысты.

Нөлдік заңның салдары - бұл температураны өлшеудің кез-келген мағынасы бар
деген идея. Температураны өлшеу үшін жылу тепе-теңдігі термометрдің тұтастай
алғанда, термометрдің ішіндегі сынап пен өлшенетін зат арасында жетеді. Бұл, өз
кезегінде, заттың температурасы қандай екенін анықтауға мүмкіндік береді.

Бұл заң термодинамиканы зерттеу тарихының көп бөлігі арқылы анық айтылмай
түсінді және тек 20-шы ғасырдың басында бұл заңның өзі екенін түсінді.
Британдық физик Ральф Хо Фоулер алғаш рет «заңның нөлдері» деген терминді
басқа заңдарға қарағанда неғұрлым іргелі деп санайтынына негізделген.
ТЕРМОДИНАМИКАНЫҢ БІРІНШІ ЗАҢЫ
Термодинамиканың I –заңы – энергия сақталу заңы.

1 –күйден 2-күйге көшу процесінде система өзін қоршаған ортамен жылу
энергиясымен (q) және механикалық энергиямен (А) алмасады.
Термодинамиканың I –заңына сәйкес жылу және жұмыс түрінде бөлінетін
немесе сіңірілетін энергия (q+A) кез-келген процесс үшін тұрақты. Энергия
жоғалып та кетпейді, жоқтан пайда да болмайды, сондықтан (q+A)
системаның толық энергиясының өзгерісіне тең. Ол толық энергияны ішкі
энергия деп атайды. U = q + А (40)

Системаның ішкі энергиясының өсуі системаға берілген жылу мен
системаға қарсы істелген қоршаған ортаның жұмысының қосындысына
тең.
ТЕРМОДИНАМИКАНЫҢ БІРІНШІ ЗАҢЫ
символы макроскопиялық өзгерісті белгілеу үшін, ал d шексіз аз
өзгерістерді белгілеу үшін қолданылады. Олай болса I – заңды мына
түрде де жазуға болады:
dU= q+ A (41)

2 2 2

U dU A q (42)
1 1 1

dU – (толық дифференциал), себебі U күй функциясы U= U2- U1,
ал q мен A жолға тәуелді, сондықтан олардың шексіз аз өзгерісі үшін
символ қолданылады.
ТЕРМОДИНАМИКАНЫҢ 1-ЗАҢЫНЫҢ
ҚАРАПАЙЫМ ПРОЦЕСТЕРГЕ ҚОЛДАНЫЛУЫ.
2) Изохорлық процестер көлем тұрақтылығымен сипатталады.
Егер процесс кезінде системаның көлемі өзгермесе, жұмыс атқарылмайды:
dV = 0 болса, А=-pdV = 0, осыдан термодинамиканың 1-заңынан
q = dU

Интегралдағаннан кейін U = qv; qv = dU (46)

qv –көлем тұрақты болғанды процестің жылу энергиясы. Ол ішкі
энергияның өзгеруіне тең, олай болса қарастырылып отырған системаның
ішкі энергиясының азаюы жылуға кетеді, немесе керісінше, жұтылған
жылу ішкі энергияны өсіруге жұмсалады.
ТЕПЕ - ТЕҢДІК ПРОЦЕСТЕР. МАКСИМАЛДЫҚ ЖҰМЫС.
Системаның бір күйден екінші күйге өткенде атқаратын жұмысы процесс
жүруі кезінде системаның сыртқы параметрлерінің шамасы мен өзгеру
сипатына тәуелді болады.
Сыртқы қысым белгілі бір шамаға өзгергендегі системаның ұлғаю
процесін схемалық түрде қарастырайық.
24 – сурет. Тепе -теңдіктегі емес (а, б) және
тепе-теңдік (в) процестердің схемалық
бейнеленуі
Процесс жүруі төменгі қисықтармен
бейнеленген: сыртқы қысымның әр ырғып
азаюына көлемнің ырғып өзгеруі сәйкес
келеді. Мұндай көлем өзгерісі система тепе-
теңдік күйге (дөңгелек нүктелер) жеткенше
созылады. Бұл тепе-теңдік күйде күйде
система қысымның келесі ырғып азаюына дейін
қалады. Процестің жұмысы процесс қисығының
астындағы ауданға тең болады.
ТЕПЕ - ТЕҢДІК ПРОЦЕСТЕР. МАКСИМАЛДЫҚ ЖҰМЫС.

24-суретте(в) көрсетілген процесс тура және кері
бағыттарда тепетеңдік күйлеріне шексіз жақын бірдей
күйлерде өтеді. Бұл тепе-теңдік процесс деп аталады. Тепе-
теңдік процестің жұмысы тепе-теңдік емес процестермен
(24-сурет, а,б) салытырғанда максималдық мәнге ие және ол
максималдық жұмыс деп аталады.
Тепе-теңдік процестің мысалына үйкеліссіз жүретін
механикалық процестерді келтіруге болады. Егер тепе-теңдік
процесс тура, сосын кері бағытта жүргенде, система ғана емес,
сонымен қатар қоршаған орта бастапқы күйіне өзгеріссіз қайтып
келетін болса және процесс нәтижесінде процеске қатысатын
барлық денелерде ешқандай өзгеріс қалмайтын болса, онда
мұндай процесс қайтымды деп аталады.
Термодинамиканың екінші заңы
Термодинамиканың екінші заңы: процестің бірден-бір нәтижесі ретінде жылуды
салқын денеден ыстыққа ауыстыру мүмкін емес.

Термодинамиканың екінші заңы көптеген тәсілдермен тұжырымдалады, ол қысқа
мерзім ішінде қарастырылады, бірақ негізінен заң - физикадағы басқа заңдардың
көпшілігінен айырмашылығы - бірдемені қалай жасауға болатындығына емес, сонымен
қатар толықтай шектелетін нәрсеге шектеу қоюмен айналысады. жасалсын.

Табиғат бізге табиғаттың көптеген түрлеріне қол жеткізбестен белгілі бір түрлерін алуға
кедергі жасайтын заң болып табылады және бұл термодинамиканың алғашқы заңы
сияқты энергияны сақтау тұжырымдамасымен тығыз байланысты.

Практикалық қолданыста, бұл заң термодинамиканың принциптеріне негізделген кез
келген жылу қозғалтқышы немесе ұқсас құрылғы, тіпті теорияда, 100% тиімді
болмайды дегенді білдіреді.

Бұл принцип алғаш рет 1824 жылы Карнот циклінің қозғалтқышын әзірлеген француз
физигі және инженері Сади Карнотпен жарыққа шықты, ал кейін неміс физик Рудольф
Клаузиустың термодинамикалық заңы ретінде ресімделді.
Энтропия және Термодинамиканың екінші заңы
Термодинамиканың екінші заңы, мүмкін, энтропия немесе термодинамикалық
процесте туындаған бұзылу тұжырымдамасымен тығыз байланысты
болғандықтан физика саласынан тыс ең танымал. Енгізу туралы мәлімдеме
ретінде қайта құрылған, екінші заңда былай делінген:

Кез келген тұйық жүйеде жүйенің бойымыздағы ендігі немесе тұрақты болып
қалады.
Басқаша айтқанда, жүйе термодинамикалық процестен өткен сайын, жүйе
бұрынғыдай дәл сол күйге ешқашан толықтай оралмайды. Бұл уақыттың
көрсеткісі үшін қолданылған бір анықтама, өйткені ғаламның энтропиясы
термодинамиканың екінші заңына сәйкес уақыт бойынша әрдайым артады.

Екінші Формула
Циклдік трансформация, тек қана соңғы нәтижесі бірдей температурада жұмыс істейтін
көзден алынатын жылуды айналдыруға болмайды. - Шотландиялық физик Уильям
Томпсон ( Лорд Кельвин )
Циклдік трансформация, тек қана соңғы нәтижесі дене температурасынан дене
температурасын жоғары температурада беру үшін мүмкін емес. - Неміс физикі Рудольф
Клаузиус

Термодинамиканың екінші заңының жоғарыдағы тұжырымдамалары бірдей іргелі
принциптің баламалы мәлімдемесі болып табылады.
Термодинамиканың үшінші заңы
Термодинамиканың үшінші заңы негізінен абсолютті температура шкаласын жасау
мүмкіндігі туралы мәлімдеме болып табылады, ол үшін абсолютті нөл нүкте - қатты
заттың ішкі энергиясы дәлме-дәл болып табылады.

Түрлі көздер термодинамиканың үшінші заңының үш ықтимал тұжырымдамасын
көрсетеді:

Соңғы операциялық жүйеде кез келген жүйені абсолютті нөлге дейін азайту мүмкін
емес.
Элементтің мінсіз кристалының энтропиясы оның ең тұрақты түрінде температура
абсолютті нөлге жақындағанда нөлге ұмтылады.
Температура абсолюттік нөлге жақындай отырып, жүйенің энтропиясы тұрақты болып
келеді

Үшінші заң нені білдіреді?
Үшінші заң бірнеше нәрсені білдіреді және тағы да осы тұжырымдардың бәрі бірдей
нәтижеге әкеледі: сіз қаншалықты ескересіз:
3 формуласы ең аз шектеулерді қамтиды, тек бұл энтропия үнемі өзгеріп отырады. Шын
мәнінде, бұл тұрақты нольдік энтропия (2 формулада көрсетілгендей). Дегенмен, кез-келген
физикалық жүйедегі кванттық шектеулерге байланысты ол өзінің ең төменгі кванттық күйіне
дейін құлдырап, бірақ ешқашан ешқашан 0 бойымызға дейін азайта алмайды, сондықтан
физикалық жүйені соңғы сандарда абсолютті нөлге дейін азайту мүмкін емес (ол бізге
тұжырымдамасын береді
ГЕСС ЗАҢЫ
Химиялық реакцияның жылу эффектілерін қарастыратын
термодинамиканың тарауын термохимия деп атайды.
Ең алғаш термохимияның екі заңы белгілі болды. Біріншісі - Лавуазье
және Лаплас заңы (1780): химиялық қосылыстың ыдырау жылуы осы
қосылыстың түзілу жылуына абсолюттік шамасы бойынша дәл тең, ал
таңбасы жағынан қарама-қарсы болады.
Гесс заңын (1840) термодинамиканың 1-заңының химиялық түрі деп
айтуға болады:
Егер реакцияны бірнеше жолмен жүргізуге болатын болса, онда
энтальпияның жалпы өзгерісі (тұрақты қысымдағы реакцияның жылу
эффектісі) реакцияның жолына тәуелді емес.
Гесс заңы P = const және V = const жағдайындағы процестер үшін дәл
орындалады:
qv = U; qp = Н.
ГЕСС ЗАҢЫНЫҢ САЛДАРЛАРЫ

(Жану жылуын еске түсіріңіз). Егер реакцияға қатысушы заттардың
жану жылулары белгілі болса, онда реакцияның жылу эффектісін
есептеуге болады.
Гесс заңынан шығатын тұжырым бойынша реакцияның жылу эффектісі
бастапқы заттар мен реакция өнімдерінің жану жылуларының
айырымына тең:
H0298 =Σνi H0жану, баст. - Σνj H0жану, өнім
Жану жылуларын да заттың 1 молі үшін табады (арнаулы
калориметрде) және анықтама кестесінде мәндері келтірілген.

Ұқсас жұмыстар

Термодинамиканың бастамалары

Термодинамика анықтамасы

Стефан - Больцман және Винн заңдары 1879 жылы австриялық физик

Гиббс энергиясы

Термодинамика заңдары, изопроцесстер

Термодинамика - тәжірибелерден жинақталған нәтижелерге сүйенетін феноменологиялық ғылым

Термодинамикалық жүйе, процесс және тепе - теңдік

ТЕРМОДИНАМИКА ЗАҢДАРЫ

ХИМИЯЛЫҚ ТЕРМОДИНАМИКА

Термодинамика анықтамалары және сыныптамасы

Пәндер