Ішкі энергия

Термодинамика негіздері.

33. Жылу табиғаты

Біз күнделікті тұрмыста жылу деген сзді жиі қолданамыз және оған салыстырмалы темперетураның мәнін білеміз.

Тек термометрді ойлап тауып, оны жетілдіргеннен кейін ғана ғасырды тәжірибелік зерттеулер жылудың ғылыми теориясын құру жолында алғашқы табыстарға жетті.

Жылу дене бөлшектерінің корпускуланың ішкі қозғалыс ретіне түсіндірілді. Бұл теориялық жақтаушылар болып И.Нютон, Р.Гук, Р.Бойль, Д.Бернулли және т.б саналады.

Сол уақыттың көрнекті ғалымдары осы екі теорияның жақтаушылары қатарында болды. Жылутек теориянсының батыл қарсыласы орыс ғалымы М.В.Ломоносов болды. Жылу теориясын арастыра отырып, ол корпускулдар айналмалы қозғалыс жасайды деп ұйғарды.

Денеердің жылу сыйымдылығы, бұрын ипайда болуы мен балқудың меншікті жыуы сияқты ұғымдар енгізіледі.

Энергиялардың алуан түрлерінің бір-біріне баламасының сандық дәлелдемесін неміс физигі Роберт Мойер мен ағылшын физигі Д.Джоуль жасады.

Джоуль мынандай қорытындыға келді:

А-4,2 Дж жұмыс істегенде дене темперетурасы қаншылықты артса, денеге бір калорияға тең жылу мөлшерін бергенде,, оның темперетурасы сонша шамаға артады. Сөйтіп, 4,2 дж жұмыс калория жылу мөлшеріне пара-пар болып шықты.Кптеген мөлшерлер осы қорытындыны растайды.

1 кал – 4,2 Дж

Тәжірибеде дәлелденген жылу мөлшері мен А жұмыстың бір-біріне пара-парлығы физикада жылу мен жұмыстың баламалық (эквиваленттік) принципі д.а.

Қатынасына тең шама жылудың механикалық баламалығы деген атауға ие болады.

Берілген жылу мөлшері жұмысқа баламалы боғандықтан, ол энергия өзгерісіне байланысты болады. Сондықтан жылу мөлшерін, жұмыс сияқты жүйе энергиясы өзгерісінің өлшемі деп саналып, оны сол жұмыстың өлшем бірліктерімен, яғни джоульмен өрнектеу керек.

Үйкеліс күштері мен серпімсі деформациялары жоқ денелердің оқшауланған жүйелердегі механикалық қозғалыс кезінде жүйе денелерінің кинетикалқ және потенциалдық энергияларының қосындысы тұрақты болып қалады.

Молекулалы – кинетикалы теория көзқарасы тұғысынан макроскопиялық денелердің ішкі энергиясы барлық молекулалардың бейберекет қозғалысының кинетикалық эенргиялары мен олардың бір-бірімен өзара әрекеттесуінің потенциалдық эенргияларының қосындысына тең.

Егер идеал газда N молекула бар болса, онда оның ішкі энергиясы мынаған тең.

Идеал газдың ішкі энергиясы оның күйінің функциясы болып табылады.

Макроскопиялық денелердің ішкі эенргиясы осы денелрдің күйін сипаттайтын параметрлермен анықталады.

Жылу алмасу деп темперетуралары әр түрлі жанасатын денелердің жұмыс істемей бір-бірінен ішкі энергияларымен алмасу процесін атайды. Жылу алмасу арқылы берілген энергияны жлу мөлшері деп атайды және ол ішкі энергияның өзгерісе те болады.

Денені жылытуға қажетті жылу мөлшері мына формуламен анықталады.

с-заттың меншікті жылусыйымдылығы темперетура өзгерісі

35. Термодинамиканың бірінші заңы

Денелердің кез-келген өзара әрекеті кезінде табиғатта болатын барлық процестерде энергия іс-түссіз жоғалмайды және жоқтан пайда болмайды. Энергия тек қана бір денеден екінші денеге беріледі немес екнші түрге өзгереді.

ІІ. Ішкі энергияның тек жұмыс істегенде ғана емес, жылу беру кезінде де өгеретіні анықталғаннан кейін, энергияның сақталу заңын жылу процестеріне де қолдануға болад деген қорытынды жасалды.

Термодинамикалық жүйе бір күйден екінші күйге өткенде оның ішкі энергиясының өзгерісі V жүйеге берілген жылу мөлшері мен сыртқы күштің істеген жұмысының қосындысына тең және ол осы өту жүзеге асатын тәсілге тәуелсіз болады.

Термодинамикалық жүйе үшін энергиясының сақталу және түрлену заңының бұл жалпылама тұжырымдамасы термодинакмикалық біріні заңы д.а.

н\е

Жүйеге берілген жылу мөлшері оның ішкі энергиясын өзгертуге және жүйенің сырқы күшке қарсы А жұмыс істеуіне жұмсалады. Жүйе оқшауланған, яғни онда сыртқы күштің жұмысы жоқ және ол қоршаған денелерменжылу алмаспады деп ұйғарайық. Бұл жағдайда термодинамикалық бірінші заңы бойынша ішкі энергияның өзгерісі 0-ге тең, яғни

н\е

Денелердің оқшауланған жүйесінде ішкі энергияның өзгеріссіз қалады. (сақталады.)

36. Термодинамиканың бірінші заңын термодинамикалық процестерге қолдану.

Идеал газдың ішкі энергиясы қозғалыстағы молекулалардың кинетикалық энергиясы екенін және бұл энергияның газ темперетурасымен анықталатынын білеміз.

1. Изотермалық процесс – тұрақты темперетура, яғни T-const кезінде газдың бір күйден екінші күйге өту процесі (газдың изотермалық ұлғаюы немес сығылуы)

Төмендегі индексі процесс T-const кезінде ететіндігін білдіреді.

2. Изохоралық процесс- тұрақты көлем, яғни кезіндегі газдың бір күйден екінші күйге өту процесі. Изохоралы процессте V-const және А-О болғандықтан, газға жұмсалған барлық жылу мөлшері оның ішкі энергиясының артуына жұмсалады.

3. Изобаралық процесс – тұрақты қысым, яғни p-const кезінде газдың бір күйден екінші күйге өту процесі

Изобаралық процессте газға жұмсалған жлу мөлшері оның ішкі эергиясының артуына және поршеннің орын ауыстыруы кезінде сыртқы күштерге қарсы А жұмыс істеуге жұмсалады.

4. Изобаралық ұлғаю кезіндегі жұмысты табайық. Газдың ұлғаюы p-const кеінде болатындықтан F-pS қысым күші де тұрақты болады. Поршеньді

биіктікке көтерген кезде газ жұмысы болады. Оған қысым күшінің формуласын қойып, мына өрнекті аламыз.

Бірақ көбейтіндісі газ көлемінің өзгерісіне тең

Сондықтан

Изобаралық ұлғаю кезіндегі газ жұмысы оның көлемінің өгерісіне көбейткенге тең

5. Адиабаталық процесс – газдың бір күйден екінші күйге өтуі, жүйеге жыу бермей және алмай жылу алмасусыз жүретін процесс, яғни

37. Табиғаттағы жылу процесстерінің қайтымсыздығы. Термодинамиканың екінші заңы.

Егер процесс қоршаған ортада қандай да бір өзгеріс туғызбай, жүйені өздігінен алғашқы күйінен қайта оралу мүмкіндігінен айырса, онда процесс қайтымсыз процесс д.а.

Табиғаттағы поцесстердің қайтымсыздығы туралы тұжырым, яғни табиғи процесстердің бағытын нұсқайтын әрі энергия түрленулерінің мүмкін бағыттарына шектеулер қоятын тұжырым термодинамиканың екінші заңы. Жылу алмасы жолымен суық денеден ыстық денеге нәтижесі тек ғана энергия беру болып табылатын процесс жүруі мүмкін емес. Екінші тұжырымдаманы ағылшын ғалымы У.Кельвин ұсынды. (1851) Бұл заң ішкі энергияның механикалық энергиға түрленуіне шектеу қоятындығын білдіреді. Ол былай түсіндіріледі.

Жылытқыш, яғни энергия көзінен алынған барлық жылу мөлшерін механикалық жұмысқа түрлендіретін әрі периодты түрде әрекет ететін жыу машинасы жасау мүмкін емес.

38.Жылу қозғалтқыштары. Жылу қозғалтықштарының пайдалы әрекет коэфициенті.

1. Жылу машиналары теориясында негізгі роді термодинамиканың екінші заңы атқарады. Жүйенің ішкі энергясының бегілі бір бөлігін механикалық энергиға түрлендіретін және оның есебінен жұмыс істейтін құрылғыларды жылу машиналары немесе жыу қозғалтқыштары д.а.

2. Қозғатқыштың өзінің ішіндегі отынның жану есебінен газ және бу жоғары темперетураға дейін қыздырылады. Темперетураны қоздырғыштық темперетурасы д.а. Қоршаған ортаның темперетурасынан біршама жоғары бұ темперетурасы тоңазтқыш темперетурасы д.а.

Газды бастапқы күйіне қайтарып отыратын газ күйі өзгерістерінің жиынтығы болса ериодты түрде қайталанатын немес дөңгелек цикл д.а.

3.Циклдің тиімділігін сипаттау үшін ішкі энергияны механикалық энергияға түрлендіретін жыу ашинасының пайдалы әрекет коэфициенті енгізіледі.

1824 жылы француз инженері Сади Карно жылу машинасының максималь мүмкін болатын ПӘК-і мына формуламен анықталатынын көрсетті.

Жылу қозғалтқышының пайдалы әрекет коэфициенті деп қозғалтқыштың істеген жұмысының жылытқыштан алған жылу мөлшеріне қатынасын айтады.