Жылудинамиканың бірінші заңы: ішкі энергия, жылу алмасу және көлемдік жұмыс

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 3 бет
Таңдаулыға:

Жылудинамикасыньщ бірінші заңын талдау формулалары

Дене күйінің барлық энергиясы - микроскопиялық қозғалысының толық түріндегі сыртқы кинетикалық энергиясы Е және салмақ күші өрісі, электрлі немесе магнит өрісі жағдайындағы потенциалды энергия Е _п , сонымен қатар, дене бөлшектерінің құрамдық әрекеттері мен қозғалу энергиясын жасаушы ішкі энергия U қосындыларынан тұрады:

Е = Е _к + Е +U. (2. 4)

Қаралып отырған жылудинамикалық жүйе шамаланса, онда дененің орталық салмақтық алмасу жылдамдығы өте аз (С=0), яғни қозғалыссыз жұмыстық дене көлемінің өзгеруі туралы сөз болады, сондықтан Е _к =0. Айталық, E =0 сонымен, бүл жерде толық энергия ішкімен бірдей (E=U), ал жүйе энергиясының өзгеруі жұмыстық дененің, ішкі энергиясының өзгеруіне келтіреді.

Жылудинамикасының бірінші заңына сәйкес, жұмыстық дененің энергиясы кезінде, қабылданған жағдайға тиісті кезіндегі жүйенің өтуі 1 бастапқы күйінен 2 соңғы мәндеріне артуы, денеге берілген жылулық dQ және мәніне келуі dL істелінген жүйе жұмысына тең:

dU=dQ-dL немесе әдетте былай жазу қабылданған - Q=dU+dL.

Сыртқы ортамен әрекеттестігі жоқ болғандағы кезінде (dQ=0 және dL=0), формуладағы (2. 5) dU=0, яғни жүйе энергиясы өзгеріссіз сақталады. Жүйелер қатнасының жекеленген жылулығы үшін, ондағы dQ=0 екені белгілі.

dU + dL = 0. (2. 6)

Теңдеу (2. 5) жұмыстық дененің еркінше алынған санды массасы m арналып жазылған, ал меншікті мәндері үшін былай жазылады:

dq = du + dl, (2. 7)

мұндығы q - меншікті жылулық саны; l - меншікті жұмыс; м-меншікті ішкі энергия, q, и, 1 бірлік өлшемі Дж/кг.

Бұл теңдеу, жылудинамикасының бірінші заңының талдаушы тұжырымдалуын көрсетеді, осыған сәйкес жүйеге жеткізілген жылу, жүйелердің ішкі энергиясына жұмсалады және жұмыстың атқарылуына қарсы денеге түскен сыртқы күш. Олар, қайтымдыға да және сыртқы қайтымсыз процесстер үшін де әділетті. Себебі, қабылданған жағдайдағы жылуалмасуы кезінде, дене мен орта арасының соңғы температура айырмашылығы кезінде, қайтымсыз жылуалмасуына сәйкес келеді.

Қоршаған ортаның жұмыс жүйесін қарастыралық, сыртқы күштердің әрекетінен дене көлемінің өзгеруі жүреді. Механиканың жалпы ережесі бойынша, бұл жұмыс денеге түскен күш көбейтіндісімен, оның жылжуын анықтайды. Егер күш, бет ауданының элементіне әрекет етсе, ол элемент, қысым болады, ал осы элементтің ауданының көбейтіндісінің жылжуы, нормалы бағытпен бетке жатып, сол элементтің беттік көлемі болса, онда элементарлы жұмыс қоршаған орта жүйесімен жасалу кезіндегі, дене көлемінің шексіз аз өзгеруінің көбейтіндісі ретінде анықталады (2. 2 сур. ) :

dL = pdV. (2, 8)

V ден V ₂ дейінгі көлемнің соңғы өзгеруі кезінде:

L = (2. 9)

Мұндағы V - көлем, M

2-сурет. Дене көлемінің өзгеру жұмысы.

Келешекте, бұл жұмысты, көлемнің өзгеру жұмысы деп түсінеміз.

Өйткені, процесстің өзгеруі жағдайы, механикалық тепе-теңдігінде болады, онда жұмысқа арналған (2. 8) және (2. 9) формулаларындағы қысым Р, сыртқы ортаның әрбір момент уақытындағы дене қысымына тең. Сыртқы қысымның әрекетінен, жүйенің атқаратын жұмысы кезіндегі, қысымның үлғайуы dV>0 оң болады (жұмыстан ұлғайуы) . Жұмыстағы сыртқы күштің жүйе үстіндегі кезінде, dV<0 теріс болады (сығу жұмысы) . Газ жағдайының өзгеру процессін зерттеуде, графикалық әдістер (кеңінен пайдаланады) негізінің PV - диаграммасы деп, аталуын кеңінен қолданады. (2. 9) теңдеуінен көрінгендей, Р көрсеткіші V функциясы болып есептеледі; PV диаграммасын құру кезінде, Р шамаларын ордината өсі бойынша және V абцисс өсімен тұрғызылады.

Дене көлемінің, жұмыстан өзгеруін анықтау жағдайынша абцисс өсі бойынша, V шамаларын қояды. Мұндай бейнелерді қолдану, әдетте піспекті қозғалтқыштардың процессін зерттеу кезінде қолданады, мұндағы цилиндр ішіндегі дене көлемінің, піспек жолының жүріп өтуіне, пропорционалды болады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.