Термодинамиканың негізі

Термодинамиканың негізі.
1. Термодинамиканың мақсаты. Негізгі түсініктер.
2. Ішкі энергия ұғымы.
3. Ішкі энергияны өзгертудің әдістері.
4. Идеал газдың ішкі энергиясын есептеу.
5. Идеал газдың жылу сыйымдылықтарының ұғымы.
1.6. Термодинамиканың бірінші бастамасы
1.7. Термодинамиканың бірінші бастамасын изопроцестерде қолдану
1.7.1. ИЗОХОРАЛЫҚ ПРОЦЕСС
1.7.2. ИЗОБАРАЛЫҚ ПРОЦЕСС
1.7.3. ИЗОТЕРМИЯЛЫҚ ПРОЦЕСС
1.7.4. АДИАБАТАЛЫҚ ПРОЦЕСС
1.7.5. ПОЛИТРОПТЫ ПРОЦЕССТЕР.
1.8. Дөңгелек цикл.
1.8.1. ҚАЙТЫМДЫ ЖӘНЕ ҚАЙТЫМСЫЗ ПРОЦЕССТЕР.
1.9.Термодинамиканың екінші бастамасы.
1.10. Карно циклы және идеал газ үшін оның пайдалы әсер коэффициенті
        
        Термодинамиканың негізі.
1.1. Термодинамиканың мақсаты. Негізгі түсініктер.
Молекулалық физиканың басты тарауының ... ... ХIХ ... ... жартысында енді ғана дами бастаған
жылу техникасының теориялық ... ... ... ... Оның ... бірі жылу двигательдерінде жылудың механикалық жұмысқа айналуын
зерттеу болды. Кейінірек термодинамиканың зерреу пәнінің ауқымы кеңіді ... ... ... ... бір ... екінші түрге айналуын,
жылудың бір денеден екіншіге берілуін, осы ... ... ... негізінен денелердің термодинамикалық тепе-теңдік  күйін
қарастырады.
Уақыт өзгергенмен термодинамикалық жүйенің күйі, яғни оны сипаттайтын
параметрлер тұрақты ... оны ... ... деп атайды.
Бұған мысал ретінде су буланғанда одан ұшып шығатын ... ... ... ... суға ... ... молекулаларының санының
тең болуын айтуға болады. Бұл термодинамикалық тепе-теңдікті динамикалық
теңдік деп атайды.
Термодинамикалық жүйе деп бір-бірімен ... және ... ... әсерлесіп зат алмасатын материалдық нүктелер (сол сияқты ... ... ... ... ... қарай оларды газ, сұйық, қатты және
плазмалы фаза деп ... бір ... ... ... ... деп ... ... жазықтықтар арқылы ажыратылған әртүрлі гомогендік
бөлшектерден тұратын жүйені гетерогенді деп атайды.
Жүйенің термодинамикалық ... ... ... өту ... деп атайды да, оған кеткен уақытты релаксация уақыты деп атайды.
Термодинамика  үш ... ... ... үш ... деп те ... термодинамикалық  құбылыстарға энергияның ... ... ... ... ... процесстердің өту бағытын
сипаттайд, ал үшінші бастамасы температура абсолют ноль болғанда ... ... ... айналатындығын дәлеледейді.
1.2. Ішкі энергия ұғымы.
Барлық денелерді механикалық энергиямен сипаттаған сияқты, ... ... ... энергиямен де түсіндіруге болады.
Денені құрайтын бөлшектердің қозғалысымен өзара әсерлесуін ... ... ішкі ... деп ... ... ... мен атомдардың жылулық қозғаласының кинетикалық
энергиясы, молекуладағы ... мен ... ... ... т.б. ... ... ... немесе жүйенің күйін сипаттайтын ... ... ... ... ол жүйе ... ... болады да,
W әрпімен белгіленеді.
Температурасы аса жоғары немесе аса ... емес ... ішкі ... дене ... ... ... қатысты ретсіз жылулық
қозғалыстарынң кинетикалық энергиясы мен сол ... ... ... ... ... ... ... дене күйінің  функциясы болғандықтан, температура өзгерген
сайын ол да өзгереді, айталық ... ... ішкі ... ... температура кемісе энергия азаяды.
Ішкі энергияны денені деформациялау арқылы немесе бір ... ... ... ... да ... де ... Өйткені бұл кезде дене
молекулаларының ара ... ... де, ... энергия азайып
немесе көбейеді.
1.3. Ішкі энергияны өзгертудің әдістері.
Дененің ішкі ... екі ... ... Мысалы, сыртқы күштер
денені қозғап механикалық әсер бергенде жұмыс істеу ... ( ... ... ... үшін өзі ... ... ... жұмыс істейді)болса, екінші
жолы жұмыс істемей-ақ дене өзінен температурасы жоғары ... ... ... жылу ... ... ... ішкі ... механикалық жұмыс істемей өзгерту прцесін жылу
алмасу немесе жылу беру деп атайды.
Жылу беру конвекция, жылу ... және ... ... деп ... ... пен жылу ... ... елерліктей айырмашылық бар.
Энергияны өзгертуде жұмыс жан-жақты роль ... әрі ... ... Жұмыс істелгенде энергияныің әр түрі бір-біріне ауыса ... ... ... механикалық энергияға айналса, газ ұлғайғанда ішкі
энергия механикалық энергияға ауысады.
Ішкі энергияны өзгерткенде істелетін ... ... ... Ол ... ... ... газды алып, оның көлемін азайтайық. Сонда газдың
қысым күшіне қарсы жұмыс ... ... ... ... ... ... ... (1-сурет) өзгертеміз. Ауданы S поршеньге қысымы
Р газдың әсер ету күші F=PS ... ... dx ... ... ... ... мұнда dV=Sdx газ көлемінің
өзгерісі.
1-сурет.
Газдың жұмысы оның қысымы мен ... ... ... ... ... ... ... жазған орынды, өйткені шексіз аз шаманы мен ... ал ... ... аз ... ... d ... ... келісілген.
Сондықтан болар-болмас істелген аз жұмысты А деп, ... ... ... ... V1 -ден V2  -ге ... өзгергенде істелетін жалпы жұмысты
табу үшін ... ... ... ... 4. Идеал газдың ішкі энергиясын есептеу.
Газ әртүрлі жылдамдықпен қозғалатын, олай болса белгілі кинетикалық
энергиясы бар ... ... газ ... ... ... газдың ішкі энергиясы деп
аталады.
Жалпы газдың ішкі энергиясы молекулалардың ... ... тең. ... ... ... бір-бірімен
әсерлеспегендіктен,олардың потенциалдық энергиясы болмайды.Сондықтан идеал
газ молекуласының ... ... сол ... ... ... кинетикалық
энергияларының қосындысынан тұрады.
Дененің ілгермелі қозғалысын координат ... үш ... ... ... ... үш ... жіктеуге болады.Максвеллдің
ұсынуы бойынша бұл тәуелсіз қозғалыстарды молеула қозғалысының еркіндік
дәрежесі деп ... ... саны ... ... ... ... ... дәрежесі деп дененің(молекуланың)
кеңістіктегі орнын анықтайтын тәуелсіз координаттардың санын айтады.
Ілгермелі ... ... ... ... ... классикалық кинетикалық теориясы бойынша бір атомнан
тұратын ондай молекула ... ... ... шар деп алынады да, ол
соқтығысқанда да айналмалы қозғалмай, тек ... ... ... бір ... ... үш еркіндік дәрежесі бар деп
қорытындылаймыз.
Екі атомды молеуланың бір айналу осі ... ... ... оның ... ... 5-ке тең(өйткені ілгермелі
қозғалысының еркіндік дәрежесі үшеу де, айналмалы қозғалысінікі екеу).Олай
болса екі ... ... ... ... ... үшін оның ауырлық
центрінің үшк координатын (xi,yi,zi) және екі ... ... ... (1-сурет).
1-сурет.
Молекуланың  ретсіз (хаосты) қозғалуы тек ілгермелі қозғалысқа ... ... ... бірге айналған, тербелген молекулаларға да ретсіздік
қозғалыс тән және осы ... ... ... жоқ, ал бұл
ілгермелі қозғалған молекуланың үш ... ... де, ... ... артықшылық жоқ деген ұғымға ... ... ... ... ... ... еркіндік жәрежесіне орташа шамамен бірдей
энергия келеді деп қорытты.Мұны энергияның еркіндік ... ... ... теоремасы деп атайды. Бір еркіндік дәрежеге келетін
орташа кинетикалық энергияны ... үшін ... ... ... дәрежесі үшке тең бір атомды молекуланың (материалдық нүктенің
энергиясы, онда еркіндік дәрежесі бірге тең молекуланың ... ... ... ... ... ... ... дәрежесі  болатын
молекуланың толық кинетикалық энергиясы
 немесе            (4.2)
Осы формуладае температураның абсолют нолінің физикалық мәнін шығаруға
болады: T=0, ... W=0, яғни ... ... ноль ... газ
молекуласының қозғалысы тоқтайды.
1 кмоль газдың толық кинетикалық энергиясы бір молекуланың энегиясынан
N есе артық (N – 1 ... ... саны және осы ... газ ... ... ... орнына қойсақ                          (4.3)
Идеал газ молекулаларының өзара әсерлесу күшін ескермегендіктен, оның
ішкі энергиясы (W) сол газдың ... ... ғана ... Олай
болса 1 кмоль идеал газдың ішкі энергиясы
 болады.                        (4.4)
Кез-келген массалы (m) газ үшін (осы ... ... саны ... ... ... жоғарыдағы формуланы төмендегіше жазамыз:
                              (4.5)
Массасы кез-келген мөлшердегі газдың ішкі энергиясы ... ... ... оның ... ... мен ... тура
пропорционал.
1.5. Идеал газдың жылу сыйымдылықтарының ұғымы.
Кез-келген дененің (газдың) жылу ... ... табу үшін ... ұғымын пайдаланамыз.
Жылу сыйымдылық қыздырылатын заттың массасына байланысты төмендегіше
бөлінеді.
Массасы кез-келген мәнді ... ... ... ... қажет
жылу мөлшерін жылу сыйымдылық деп ... ... ... жылулық
қасиетін меншікті және мольдік жылу сыйымдылықтарымен сипаттайды.
Массасы 1 кг ... ... ... ... қажет жылу
мөлшерін меншікті жылу сыйымдылық деп атайды да С ... ... ... ... ... ... жылу мөлшерінің формуласынан табады:
                              (5.1)
dQ – массасы  m денеге берілетін жылу ... dT – ... ... ... ... мен газдың меншікті жылу
сыйымдылығы температураға тәуелді болғандықтан, ... ... ... ... бір ... ... ... арттыруға қажет жылу мөлшерін
мольдік жылу сыйымдылық деп атайды( ).
Осы анықтамалардан меншікті және ... жылу ... ... төмендегіше жазамыз:
        , - заттың мольдік массасы.
Соңғы өрнекке (10-9) формуласын қойсақ
               шығады.         (5.2)
Бұдан ... , ... зат ... ... жылу ... оның ... ... дәлірек айтсақ қысым
мен көлемнің тұрақты болуына байланысты.Газды тұрақты көлемде қыздырсақ,
онда ... ... жылу ... оның ішкі энергиясын ... ... ... газ ... ... істейді,сол үшін
қосымша жылу мөлшері қажет,өйткені көлем артады. Сондықтан газды екі түрлі
мольдік және ... ... (сv) және ... ... ... сыйымдылықтармен сипаттайды. Жоғарыдағы түсініктерден ср> сv 
болатындығы түсінікті.
Газды ... ... ... жылу ... оның ішкі ... кететіндіктен, газдың тұрақты көлемдегі мольдік жылу сыйымдылығын
ішкі энергияның ... (∆   ... ... ... ... ... ... формуланы ескерсек ( ) ,онда
                                (5.5)
ал меншікті жылу сыйымдылығы
                              (5.6)
Газды тұрақты қысымда ... ... ... ... Ср=Cv+A
деп жазамыз.                                             (5.7)
Осы жұмысты ... ... оның ... ... қысымда 10К-ге
қыздырғанда сол газдың мольдік тұрақтысына (R) тең ... ... A=R , онда ... (5.7) бұл ... ... ... деп аталады (бұл
формуланы кейін қорытып шығарамыз). Осындағы Cv  орнына (5.5) ... ... ... (5.5) ... ... , жылу ... ... белгілесек
     (5.9)
>1  және  ол газдың табиғатына (еркіндік дәрежесіне) байланысты
1.6. Термодинамиканың бірінші бастамасы.
Жүйені құрайтын денелердің микроскопиялық ... ... ... ... ... жүйелердегі физикалық процесстерді қарастыратын
физиканың тарауы- термодинамика.
Термодинамиканың бірінші бастамасы жылулық процесстерге ... ... ... ... түрі деп ... және энергияның
сандық және сапалық түрінің бір-біріне түрленуін сипаттайды.
Ішкі энергиясы W1 газ ... Q жылу ... ... ... ішкі
энергиясын  W2  шамаға өзгертіп  A жұмыс  істейді.
Келісім бойынша жүйенің алған ... оң, ... ... күштерге қарсы
істегенжұмысын да оң мәнді деп есептейді. Энергияның сақталу заңына сәйкес
жүйе бір күйден екінші күйге қандай ... өтсе де оның ішкі ... ∆ W= W2 - W1 ... әр ... ... ... мен (Q) ... сыртқы
күштерге қарсы істеген жұмысының (А) айырымына тең:
∆ W= Q- A немесе  Q=∆ W+ A               (6,1)
 
(6,1) өрнегі ... ... ... ... (Q, A және ішкі ... ... ... былай оқылады:
жүйеге берілген барлық жылу оның ішкі ... ... және ... ... ... ... берілген шексіз аз жылу (δQ) ... оның ... аз ... (d W) ... ... аз, яғни ... ... (δА),онда термодинамиканың бірінші бастамасының өрнегін осыған
сәйкес нақты түрде былай ... d W+ ... ... бұл ... ... ... ... түрінде жазады: 
dQ= d W+ dА                                          (6,3)
және осыны термодинамиканың бірінші ... ... ... ... жылу да ... пен энергия сияқты джоульмен
(Дж) өлшенетіні байқаймыз.(6,1) энергияның сақталу заңының ... ... ... ... де ... ... W= Q+ ... A’ – сыртқы күштердің жүйенің (газдың) кедергісін жеңуге ... ... Олай ... жүйенің (газдың) ішкі энергиясын сырттан алған
жылу (немесе оны қыздыру) және сыртқы ... ... ... ... ... ... ... күштер жұмыс істейді де , газ қызады, олай
болса оның ішкі ... ... жүйе (газ) ... түрде бастапқы қалпына оралса, оның ... ... ∆ W=0. ... (6,1) ... ... ... ... бастамасынан , әрі (6,5) формуладан да көрініп
тұрғандай сырттан берілген  энергиядан  артықжұмыс ... ... ... ... жасауға болмайды(термодинамиканың ... ... ... анықтамасы), яғни  мәңгілік двигателдің  бірінші
түрін  жасау мүмкін емес , әйтпесе  A>Q болар еді.
1.7. Термодинамиканың ... ... ... ... жүйелерде орын алатын тепе-тең процесстердің ... бір ... ... ... ... орны
ерекше.Біз осы процесстерді термодинамиканың бірінші бастамасы арқылы қалай
сипаттауға болатынын қарастырайық.
1.7.1. ИЗОХОРАЛЫҚ ПРОЦЕСС
Бұл кезде идеал газдың ... ... ... ... газ ... ... оның ... Р0-ден Р-ға дейін арттрамыз.Р –
V диаграммасында бұл процесс ... ... ... ... ... 1-2 ... изохоралық суыну 1-3 түзумен
сипатталады (1-сурет).Изохоралық процессте («исос»-тең, ... газ ... ... олай болса берілген жылу толығымен газдың
ішкі энергиясын арттыруға(өзгертуге) жұмасалады.
Сонымен
                 dA=PdV=0 ... ... ... Q=∆W немесе dQ=dW (7,1) деп жазамыз.(5,1) формуладан dQ=cvmdT
(7,1) өрнегін ескерсек, изохоралық процесс ... ішкі ... де ... ... ... Джоуль заңының дифференциал түрі, cv – ... ... ... жылу сыйымдылығы.
        Газды Т0-ден Т температураға бейін изохоралы қыздырғанда ішкі
энергияның өзгерісін соңғы ... ... ... ... ... Температура абсолют ноль болғанда идеал газдың ішкі энергиясының 
нольге айналатындығын ескерсек (T0=0 болса, W0=0):
W=cvm ... ... ішкі ... ... тәуелді.
1.7.2. ИЗОБАРАЛЫҚ ПРОЦЕСС
Тұрақты қысымда өтетін процессті (Р=const) изобаралық деп ... ... ... ... ... ... кезіндегі жылу өзгерісін жазайық:
dQ=cрmdT                                  (7,5)
Осыны және (7,2) формуланы термодинамиканың ... ... ... ... ... dA, ... бұрынырақ
болатындығы айтылған еді, осыны ескерсек
 
mdT шамасына қысқартқаннан кейін    = +  , енді меншікті
және мольдік жылу сыйымдылықтар арасындағы ... (10-10) ... ... өрнекті мольдік жылу сыйымдылық арқылы төмендегіше жазамыз:
CP-CV=R                             (7,6)
Бұл мольдік изобаралық және ... жылу ... ... ... ... ... ж.ж ... дәрігері, физигі)
формуласы.
Изобаралық процессте газды қыздырғанда ол ұлғайып, берілген жылудың бір
бөлігі газдың ішкі энергиясын арттыруға, ... ... ... ... ... ... ... кездегі жұмысты есептейік.
2-сурет.
Изобаралық процесске мысал ретіндегі цилиндрдегі газға қозғалмалы
поршень ... эсер ... ... ... ... алүға болады.
2-суретте  қыздырғанда газдың изобаралық ұлғаюы(1-2 ... ... ... (1-3 түзу ) көрсетілген.Сонымен изобаралық ... ... ... ... ... (7,7)
Сонымен, газдың изобаралық ұлғаюы кезіндегі жұмысы оның қысымы мен
көлемінің ... ... тең және ол ... V112 V2 ... ... тең. ... 1-2 түзу ... кескінделеді.
Изобаралық процесс кезіндегі мольдік жылу сыйымдылықты табу үшін ... ... ... ... ... жылу ... ... қояйық:
cp-cv=R, cp- R=R , cp=R( )          (7,8),
ал   изобаралық ... ... жылу ... ... (7,9)
1.7.3. ИЗОТЕРМИЯЛЫҚ ПРОЦЕСС
        Тұрақты температурада жүретін процессті изотермиялық деп ... ... ... ... ... ішкі энергиясы 
өзгермейді,яғни dW=0.
        Онда термодинамиканың бірінші заңы dQ= dA болады,яғни ... ... оған ... ... жылу ... күштерге қарсы
жұмыс істеуге кетеді.
        Газдың шексіз аз ұлғайған кезіндегігі жұмысын dA табайық,өйткені
бұл кезде қысымның ... ... ... деп ... болады, (7,7)
бойынша dA=PdV.
         Газдың ... ... үшін ... ... ... ... жоғарыдағы формулаға қоямыз: PV= RT
бойынша
        Газдың V1-ден V2-ге ұлғайған кездегі толық жұмысын табу үшін, соңғы
өрнекті интегралдаймыз:
A=     ... ... заңы ...    болғандықтан        
 
немесе         dQ= dA  ескерсек
   (7,11)
(7,10), (7,11) формулаларды салыстыра отырып мынадай физикалық қорытынды
жасауға болады:
          газдың ... ... ... ... үшін, прцесстің өн
бойында газға сыртқы ұлғаю жұмысына тең жылу беріп тұру қажет.
3-сурет.
         Газ изотермиялық ... (V2  > ... 1-2 ... ... ... де (Q>0), газдың жұмысы оң мәнді (A>0) болады, ол 3 суреттегі
боялған ауданға ... ... ... ... 1-3 қисығы), оның жасаған жұмысы
теріс мәнді (A1-20 ... ... ... ... ... оны тіке бағытта өткен прцесс (1 ... бір ... ... ... ... ... A=φ PdV

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Материал
Көлемі: 28 бет
Бұл жұмыстың бағасы: 500 теңге









Ұқсас жұмыстар
Тақырыб Бет саны
Адсорбция құрылысы4 бет
Ауаның адиабата көрсеткішін табу жолдары12 бет
Биологиялық жүйелердегі процестерді анализдеуде термодинамиканың 1-2 заңдарын қолдану13 бет
Биофизика6 бет
Жылу динамиканың бірінші және екінші заңы8 бет
Жылу және суытқыш машиналары, Карно циклы19 бет
Жылудинамиканың бірінші және екінші заңы туралы мәлімет5 бет
Жылудинамиканың бірінші мен екінші заңы жайлы мәлімет4 бет
Негізгі түсініктер және термодинамиканың бастапқы ережелері12 бет
Сақталу заңдары41 бет


+ тегін презентациялар
Пәндер
Көмек / Помощь
Арайлым
Біз міндетті түрде жауап береміз!
Мы обязательно ответим!
Жіберу / Отправить


Зарабатывайте вместе с нами

Рахмет!
Хабарлама жіберілді. / Сообщение отправлено.

Сіз үшін аптасына 5 күн жұмыс істейміз.
Жұмыс уақыты 09:00 - 18:00

Мы работаем для Вас 5 дней в неделю.
Время работы 09:00 - 18:00

Email: info@stud.kz

Phone: 777 614 50 20
Жабу / Закрыть

Көмек / Помощь