Лекция 1. Термодинамика және жалпы түсінік.
Күй параматрлері. Квазистатистикалық процесстер.
Дәріс жоспары
Күй функциялары, күй теңдеулері.
Термединамиканың математикалық түсініктері.
Ішкі энергия. Жұмыс және жылу.
Термодинамикада зерттелінетін обьектіні жүйе деп атайды.
Жүйе дегеніміз кеңістіктің бөліп алынған бір бөлігі. Бұл бөлік бір немесе бірнеше денеден тұрады. Жүйе айналадағы ортадан ойша емес шын мәнінде алынған шекттермен шектеліп бөлінеді. Жүйені құратын денелер өзара бір-бірімен және басқа денелермен энергия не зат алмасу арқылы әрекеттесуі мүмкін. Осындай жағдайда бұлар термодинамикалық жүйе болып саналады. Термодинамикалық жүйе айналадағы ортамен әрекеттескенде, олардың арасында жылу алмасуы байқалып, жұмыс өндіріледі.
Жылу тепе-теңдігінде барлық термодинамикалық денелерде температура бірдей болады. мұны кейде термодинамикалық мольдік заңы деп атайды.
Термодинамика макроскопиялық денелердің қасиеттерін зерттейтін ғылым. Сонымен қатар, термодинамика жүйеде өтетін процестерді қарастырады. Классикалық термодинамика жеке атомдар мен материалдық қасиеттерін (құрылым, қрамы) қарастырмайтындықтан оны феноменологиялық ғылым деуге болады. (феномен-құбылыс). Термодинамика жүйенің макроқасиеттерін (температура, қысым, көлем т.б.), макропроцестерді зерттейді, бірақ процесс өтуінің себептерін ашпайды, олардың миробөлшектер қасиеттерінің өзгерісіне байланысты енетін қарастырмайды. Мұны, термодинамиканың кемшілігі деуге болмайды.
Термодинамикалық жүйе айналадағы ортамен жылу не басқа энергия, зат алмасу арқылы әрекеттесе, ондай жүйені оқшау жүйе дейміз. Жүйе өзіне тән қасиеттерімен, соған байланысты күйімен сипатталады. Егер жүйенің күйі өзгермей тұрақты болса, термодинамикалық тепе-теңдік орнаған болып табылады. Мұндай жағдайда жүйенің барлық бөліктерінде температура, зат концентрациясы және қысымы бірдей болады. сыртқы жағдай өзгермей жүйе тепе-теңдік күйден өздігінен шықпайды. Жүйенің термодинамикалық тепе-теңдікте болуын мынадай мысалмен көрсетуге болады. беті жабық ыдыстағы 1000 С дейін қыздырылған суды алайық. Ыдыстағы су тепе-теңдік күйде емес, себебі бөлменің температурасы 200 С болуына байланысты. Су сұйыла бастайды. Температураның әр түрлі болуынан түрліше процестер. Мысалы, жылу алмасу, конвенция, сәуле шығару процестері болуы мүмкін. Белгілі бір уақыттан кейін судың барлық қабаттарының температурасы айналадағы ортамен бірдей болады. суда процестер тоқтап, термодинамикалық тепе-теңдік орнайды.
Жүйе гетерогенді және гомогенді болып бөлінеді. Гетерогенді жүйелер бір-бірінен шектеліп бөлімін тұратын қасиеттері бірдей емес бірнеше бөліктерден тұрады. Әрбір бөлік фаза деп аталады. Гомогенді жүйе бір фазадан тұрады. Гомогенді жүйеге мысал ретінде тұздың қаныққан ерітіндісін келтірсек, гетерогендінің мысалы ретінде тұздық аса қаныққан ерітіндісін алуға болады, демек, бұл жүйе екі фазадан-сұйық ерітінді мен тұздың кристалдарынан тұрады.
Жүйе айналадағы ортамен энергия және зат алмасу арқылы әрекеттесетін болса, оны ашық, ал тек энергияалмасу арқылы әрекетесетіндерін жабық жүйелер деп атайды.
Термодинамика энергия сақталу заңына сүйенеді, энергия өздігінен пайда болмайды және жойылмайды, тек 1 түден 2-ші түрге айналады. Бұл міндетті түрде орындалатын табиғат заңы.
Термодинамика дифференциалдық теңдеулер мен дербес туындылар пайдаланылады, себебі жүйе күйін сипаттайтын параметрлер айнымалы шамалар болып саналатындықтан, олар бір-бірімен функционалды байланыста болады, бұл байланыстарды дифференциалды қатынастар арқылы аламыз.
Көбінесе термодинамика бербес туындылар қолданылады, дербес туындылардың функциялық мағынасы ашылады, олардың таңбалары белгіленеді. Сөйтіп, термодинамика математика заңдарына сүйенеді. Көп жағдайда тәуелсіз айнымалылардың толық дифференциалды теңдеулерін қолдану тиімді. Мұндай теңдеулер Пфафф формулалары немесе Пфаффтың дифференциалды теңдеулері деп аталады.
Жалпы түрде бұл теңдеулер былай жазылады:
(1)
x1, х2, х3... хn – тәуелсіз айнымалылар; x1, х2, х3... хn – осы айнымалылардың функциялары. dФ=0 болған жағдайда Пфаффтың теңдеуі:
x1 d1x1+х2dx2+... хndxn =0 (2)
Егер айнымалы шамалар екеу (х, у) болса, бұл теңдеу қарапайым түрге келеді.:
dФ=V(x, y)dx+N(x, y)dy (3)
M(x, y), N(x, y) x және y тәуелсіз айнымалылардың функциялар. Бұл функциялардың туындылары 2 түрлі қатынастарға бағынуы мүмкін.
1.Егер dM/dy=dN/dx (Эйлер тарты) болса, Ф-функциясының толық дифференциалы (3)-теңдеумен өрнектеледі: Ф=f(x, y)
dФ=(dФ/dx)y dx+(dФ/dy)xdy (4)
M N
(3) және (4) – теңдеулерді бір-бірімен салыстырсақ:
dM/dy=d2Ф/dydx; dN/dx=d2Ф/(dydx)
осыдан dM/dy=dN/dx, демек, Эйлер шарты орындалады.
2. dM/dy=dN/dx. Бұл жағдайда x және y айнымалыларының (4)-теңдеуге бағынатын функциялары жоқ, яғни dФ – функциясының толық дифференималы емес, ол тек Ф-айнымалысының шексіз аз өсімшесі болады. Пфафф формуласын интегралдық көбейткіш μ-ға көбейткенде функцияның толық дифференималы шығады.
μ = μ(x, y)
dФ0= μdФ=μMdx+μNdy
dФ0 - Ф0 – функциясының толық дифференцималы
dФ0=(d Ф0/dx)dx+( dФ0/dy)dy
μM= dФ0/dx; μM= dФ0/dy
осыдан d μM/dy=dμN/dx, мұндада да Эйлер шарты орындалады.
Термодинамикалық параметрлер жүйенің дәл қазіргі қарастырылып отырған уақыттағы күйін береді. Ал осы уақытқа дейін жүйе қандай күйде болғанын термодинамика қарастырмайды. Яғни жүйе бір күйден 2-ші күйге ауысқанда оның қасиеттерінің өзгерісі ауысудың жолына тәуелсіз болады, демек, қасиеттері (термодинамикалық параметрлер) оның алғашқы және соңғы күйлерімен анықталады.
Достарыңызбен бөлісу: |
