Нернст теоремасы

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 8 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасы Білім және Ғылым Министрлігі

Семей қаласының Шәкәрім атындағы мемлекеттік университеті

Инженерлік-технологиялық факультет

(факультет атауы)

Техникалық физика және жылуэнергетика

(кафедраның атауы)

5В071700- «Жылуэнергетика»

(шифр, мамандықтың атауы)

СӨЖ

Жылу техникасының теориялық негіздері

(пән аты)

Орындаған: Тексерген:

ТЭ-701 тобының студенті: аға оқытушы: Шалаганова А. Н.

Асанова Н.

Семей

2018 ж.

МАЗМҰНЫ

Кіріспе3

Нернст теоремасы5

Планк анықтамасы7

Қорытынды8

Пайдаланған әдебиеттер тізімі9

Кіріспе

Термодинамика - энергияның түрленуiне қатысты жалпы заңдарға негiзделген жылулық процесстер туралы ғылым. Бұл заңдар молекулалық құрылымдарына байланыссыз барлық денелер үшiн орындалады. Термодинамикада негізінен үш заң қолданылады. Термодинамиканың бірінші заңы, термодинамиканың екінші заңы және термодинамиканың үшінші заңы. Соның ішінде жылудинамиканың үшінші заңын қарастырамыз, оны басқаша Нернст теоремасы деп те атайды. Техникалық жылудинамикасы - жылу мен механикалық энергиялардың өзара алмасуының заңдылығын зерттейді, ал, сонымен қатар, осыған қатынасатын алмасуындағы дененің қасиетінде зерттейді. Жылу алмасу теориясымен бірге, ол жылутехникасының теориялық негізі болады. Денелердің жиынтықтағы, өзара әрекетте болуын, жүйелер деп атайды. Осы денелердің арасында, жұмыстық дене, ерекше бөлектенеді, ол жылу мен жұмыстың өзара алмасу процессін жүргізеді. Қалғаны - қоршаған орта көздері (немесе жылу сіңіргіштері) . Жұмыстық дене есебіне газдар мен булар жатады. Сұйықтармен салыстырғанда, газдар және булар, қыздыру жэне салқындату кезінде, қысымы мен көлемін едәуір өзгертеді. Техникалық жылудинамикасының әдістері үшін негізгі өзгешелігі жылудинамикалық процесстері мен жүйелерінің идеализацияда болуынан, процесстегі жұмыс жүйелерінің көбейуіне келтіреді. Мысалы, теңсалмақты жүйелер деп аталуын, оның уақыт аралығындағы өзгермеу қасиетін немесе оның күйін зерттейді. Мұндай жүйелер, қоршаған ортадан бөлектендіріледі және сонымен қатар, сыртқы күштің әсерінсіз, оның күйі сонша ұзақ сақталуы мүмкін. Мұндай жүйелерде, температура - барлық нүктелерінде бірдей, яғни жүйелердің жылу тепе-теңдігі орын алады. Егер, жүйенің жеке бөлшектері, бір біріне қарағандағы алмасуы болмаса, онда, ол кезде қысымы мен тығыздығы жүйенің әр нүктесінде бірдей болып механикалық тепе-теңдігі болады. Сонымен қатар, тепе-теңдік жағдайының үздіксіз кезектілігінің түсінігі арқылы, өзінің күйінің өзгеруі кезіндегі, қаралып отырған жүйенің өтуінің тепе-теңдік процессі зерттеледі. Жеке жағдайда жорамалдау жолымен дәріптелінеді. Процесстерді дәріптеу, жылудинамикасын зерттеуді оңайлатады. Сонымен бірге, идеалды процесс - үлгі ретінде есептелінеді, оған практикалық түрінде жетуге тырысу керек. Нақтылы процессте жүргізілетін жұмыстың істелуін, идеалды процесске сәйкес, жұмысты салыстырумен, сол процесстің жылудинамикалық бағалануының мүлтіксіздігіне мүмкіндік береді. Техникалық жылудинамикасына, нақтылы жағдайында, негізгі процесстерінің өтуінің қаралуы енгізіледі де, жылу техникасы курсының теориялық және практикалық бөлігі арасын байланыстырушы звеносы, шешуші рөл атқарады. Жылудинамикасының негізін, тәжірибемен анықталған екі заңы құрайды - жылудинамикасының бірінші және екінші заңдары, олар техникалық жылудинамикасында жылу мен жұмыстық жеке күйінде қолданылады.

Термодинамиканың үшінші заңы (Нернст теоремасы) - температура абсолютті нөлге жақындағанда энтропияның қалпын анықтайтын физикалық принцип. Ол гальваникалық термодинамика бойынша эксперименттік деректердің көп мөлшерін жинақтау негізінде қабылданған термодинамиканың постулаттары болып табылады. Теореманы 1906 жылы Уолтер Нернст ойлап тапты. Теореманың қазіргі тұжырымдамасы Макс Плангке тиесілі.

Герман Нернст (Уолтер Германн Нернст, 1864 жылғы 25 маусым, Бризен - 1941 жылдың 18 қарашасы, Обер-Зибель) - неміс физигі және химигі. Профессор және академик. Химия пәнінен «термодинамикадағы жұмыстары» бойынша Нобель сыйлығының лауреаты (1920) .

Walther Nernst 1900s.jpg

Сурет 1. Вальтер Герман Нернст

Нернст теоремасы

Нерстстің теоремасы бекітілген температурада кез-келген термодинамикалық үдерістің ерікті түрде нөлге жақын болғандығын энтропияның өзгеруі болмайды, яғни изотерма шектік адиабатпен сәйкес келеді. Бір-біріне қарсы келмейтін Нерст теоремасының бірнеше тұжырымдары бар:

-Температура T=0 абсолют нөлде болғанда, кез-келген жүйенің энтропиясы S универсалды тұрақты болып табылады және ол өзге айнымалы параметрлерге (қысым, көлем) тәуелді болмайды.

-Температура T -> 0 абсолют нөлге жақындағанда, энтропия S жүйенің соңғы күйіне тәуелсіз белгілі бір шекке ұмтылады.

-Температура T -> 0 абсолют нөлге жақындағанда, энтропия S өсуі жүйе күйінің термодинамикалық параметрлерінің нақты мәндеріне байланысты және соңғы шекке ұмтылады.

-Температура T=0 абсолют нөлде болғанда, жүйе бір тепе-теңдік күйден екіншіге ауысқанда энтропия S өзгеріссіз қалады.

Мұны математикалық тұрғыда былай жазуға болады:

$\underset{T \rightarrow 0}{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ lim}{\lbrack S(T, \ x2) \ -\ S(T, \ x1) \rbrack\ = \ 0},$ (1)

мұндағы х - кез-келген термодинамикалық параметр.

Термодинамиканың үшінші заңы тек тепе-теңдік жағдайына қатысты. Нернст теоремасының жарамдылығын дәл осы теореманың салдарын эксперименталды сынау арқылы ғана дәлелдеуге болады. Термодинамиканың екінші заңына негізделгендіктен, энтропия ерікті аддитивті тұрақты дәлдікпен ғана анықталуы мүмкін:

$\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ dS\frac{\sigma Q}{T}$ (2)

Термодинамиканың үшінші заңы энтропияны дәл анықтау үшін қолданылуы мүмкін. Бұл жағдайда абсолютті нөлдегі тепе-теңдік жүйесінің энтропиясы нөлге тең болады. Термодинамиканың үшінші заңы басқа термодинамика заңдары бойынша жасалмайтын энтропияның абсолютті мәнін табуға мүмкіндік береді.

Барлық оқшауланған жүйеде қайтымсыз процестер өткенде жүйе энтропиясы артады. Энтропия реттелмеген, ретсіз жүйе мөлшерін көрсетеді. Энтропияның абсолют мәндерін анықтау үшін оның ең болмағанда қандай да бір белгілі температура кезіндегі абсолют мәнін білуіміз керек. Энтропияның мұндай мәнін Нернст ұсынған термодинамиканың үшінші бастамасы деп аталатын теорема анықтап береді. Нернст теоремасы бойынша температура абсолют ноль болғанда қандай дененің болмасын энтропиясы нольге тең. Бұл қағи-даны былайша түсіндіруге болады. Клаузиустың ұйғаруынша, егер бүкіл әлем кеңістігін оқшауланған жүйе деп қарастырып, оған термодинамиканың екінші бастамасын қолдансақ, онда оның энтропиясы бара-бар өзінің ең жоғарғы максимум мәніне жетуі керек, сөйтіп барлық қозғалыс түрі келешекте жылуға ауысып, барлық ыстығырақ денелердің температуралары суығырақ денелерге өтіп, әлемде тепе-теңдік күй қалыптасады. Оның салда-рынан әлем кеңістігіндегі барлық процестер тоқталып, жылулық апат қаупі туады деді. XIX ғасырда айтылған осы пікірдің бір кемшілігі термодинамиканың екінші бастамасын сол кездегі кейбір оқымыстылар (идеалистер) шегі жоқ және үздіксіз қозғалыста, дамуда болатын әлем кеңістігіне қодануға болмайтынын түсінбеді. Кейінірек көптеген ғалымдар (материалистер) XIX ғасырдың аяғы мен XX ғасырдың басында бұл пікірді жоққа шығарды.

Планк анықтамасы

1911 жылы неміс теориялық физигі Макс Планк термодинамиканың үшінші заңын анықтаған. Оның қорытындысы бойынша: «Егер температура абсолютті нөлге ұмтылса, барлық денелердің энтропиясы нөлге ұмтылады».

Планктің формуласында энтропия термодинамикалық ықтималдықпен W есептеледі.

$\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ S = k*lnW$ (4)

Абсолюттік нөлдік температурада термодинамикалық жүйе кванттық-механикалық күйде болады, ол бір микростатамен сипатталуы мүмкін. Демек, термодинамикалық жүйенің энтропиясы T = 0 кезінде нөлге тең. Бұл күйді бастапқы күй ретінде қабылдаймыз. Енді біз энтропияны термодинамикалық жүйенің кез-келген нүктесінде есептей аламыз. S ₀ =0 болғандықтан жүйенің кез-келген нүктесіндегі энтропиясы оның абсолюттік мәніне тең болады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.