Термодинамиканы бірінші бастамасы

Ішкі энергия негізінен екі трлі процесті: денені А жмыс істеуі мен денеге берілген Q жылу млшеріні есебінен згере алады. Жмыс істеу системаа сер етуші сырты денелерді орын ауыстыруымен оса жреді. Мселен, ыдыстаы газды жауып тран поршень орын ауыстыруа отырып озалан кезде газ А жмыс істейді. Ньютонны шінші заы бойынша бл кезде газ да жмыс жасайды: А= -A'.

Денеге жылу беру сырты денелерді орын ауыстыруымен туелді емес, демек, денеге жасалан микроскопиялы жмыса да туелді емес. Ішкі энергияны бл жадайдаы згерісі ыстыыра денені жеке молекулаларыны салыныра денені молекулаларына арсы істеген жмысыны серінен болады. Бл жадайда энергия суле шыару арылы да беріле алады. Бір денеден екінші денеге энергияны берілуіне келетін микроскопиялы процестерді жиынтыы жылу берілу деп аталады.

Бір денені екінші денеге беретін энергия млшеріні денені бір біріне істететін А жмысы арылы аныталатыны трізді, бір денеден екінші денеге ждылу берілу арылы берілетін энергия млшері, денені алатын Q жылу млшері арылы аныталады. Сонымен, системаны ішлі энергиясыны сімшесі системаа істелген А' жмыс пен системаа берілген жылуды осындысына те бодуы тиіс: U2 – U1 = Q + A'. (1)

Мндаы U1 жне U2 системаны ішкі энергиясыны бастапы жне аыры мндері. детте, сырты денелерді системаа істелген А жмысыны орнына системаны сырты денелерге істеген А(-А' жмыса те) жмысын алады. А' орнына –Аны ойып жне де тедеуді Qа атысты шешіп мынадай трге келтіруге болады:Q = U2 – U1 + A.(2)

Бл тедеу энергияны саталу заын рнектейді, рі термодинамиканы бірінші заы болып саналады. Оны былай айтуа болады: системаа берілген жылу млшері системаны ішкі энергиясыны сімшесіне жне системаны сырты денелерде атаратын жмысына жмсалады.

Бл айтыланнан, жылу берілген кезде рашан да системаны ішкі энергиясы артады екен деп тсінуге болмайды. Системаа жылу берілгенмен де оны энергиясы артпай, кемуі ммкін. (U2 < U1) Бл жадайда формула бойынша A>Q немесе система жмысты алынан Q жылу есебінен де кемуі U2 – U1ге те ішкі энергияны оры есебінен де істеуі ммкін.Сондай а бл тедеудегі Q мен А шамаларыны алгебралы екендігін ескеру керек. Жылу млшері жмыс несеме энергия лшенетін бірліктермен лшенеді. СИ системасында жылу млшеріні бірілігі джоуль болып табылады.

Системаны істеген жмысын немесе системаны алан жылуын есептегенде арастырылып отыран процесті детте райсысы системаны параметрлеріні азантай ана згеруіне сйкес келетін бірнеше жай элементар процестерге блуге тура келеді. (2) тедеуі элементар процесс шін Q = U + 'A (3) трінде жазылады, мндаы 'Q элементар жылу млшері, 'A элементар жмыс жне U осы элементар процесс кезіндегі системаны ішкі энергиясыны сімшесі.

'Q жне 'A Q жне A шамаларыны сімшесі ретінде санауа болмайтындыын ескерген жн. Бір кйден екінші кйге туге сйкес келетін f системасыны ту жолына туелсіз болатын, яни f шамасы кй функциясы болатын жадайда элементар процеске сйкес келетін андай да бір шамасын осы шаманы сімшесі деп арауа болады. Кй функциясын айтанда оны рбр кйдегі оры жайында айтуа болады. Мселен, р трлі кй жадайларындаы системаны ішкі энергиясыны оры жайында айтуа болады.

Алда кретініміздей системаны істеген жмысы мен системаны алан жылу млшеріні шамасы системаны бір кйден екінші кйге ту жолына туелді болады. Демек, Qда Aда кй функциясы емес, сондытан да системаны р трлі кй жадайындаы жылуыны немесе жмысыны оры жайлы айтуа болмайды. Сонымен, A жне Q шамаларыны алдындаы символы U шамасыны алдындаы символынан басаша маына береді. Осы жадайды баса крсету шін, бірінші жадайдаы штрихпен белгіленеді. U символы ішкі энергияны сімшесін білдіреді, ал 'Q жне 'A символдары жылу мен жмысты сімшемі емес, элементар жілу мен жмыс млшерлерін білдіреді.

Есептеулер жргізу шін (3) тедеуді дифферециал трінде жазамыз. Сонда бірінші бастама тедеуі мынадай болады: d'Q = dU + d'A. (4)

Ттас процесс бойынша интегралдау Q = (U2 – U1) + A рнегіне келтіреді, бл рнек (2) тедеуімен те.Осындай трде жазыланда термодинамиканы бірінші бастамасы мынадай пікірді білдіреді:системаа берілген жылу оны ішкі энергиясын арттыруа жне система тарапынан сырты денелерге тсетін кштер ндіретін жмыса жмсалады.Энергияны саталу заын (термодинамиканы бірінші бастамасын) таайындау тарихи жаынан аланда мынадай бір жадаймен, атап айтанда: энергияны ешбір трін де жмсамай жне сырттан жылу алмай жмыс ндіретін машина жасау талаптарыны стсіздікке шырап отырандыымен байланысты болан еді.Термодинамикада мндай машина бірінші трдегі перпетуум мобиле деп аталады.Жылу беру дегенімізді зі энергия беру деген сз боландыта, жалпы трде энергия беру деп айтып энергияны саталу заын (термодинамиканы бірінші бастамасын) мынадай трде тжырымдап айтуымыза болады: бірінші трдегі перпетуум мобиле, яни периодпен істеп, бір периодыны ішінде ндірітін жмысы зіні сырттан алатын энергиясыны млшерінен арты болатын двигатель жасау ммкін емес.

29. Изопроцесстер жне оларды графиктері

Параметрлерiнi бiрiнi шамасы згерiссiз тетiн процестердi изопроцестер деп атайды. Газды шiншi параметрi траты болан кездегi екi параметрi арасындаы млшерлiк байланысты (туелдiлiктi) газ задары деп атайды.

Идеал газ кйiнi тедеуiне сйенiп изопроцестердi негiзгi трлерiнi физикалы былыстарын арастырайы.

Температура траты болан кезде термодинамикалы жйе кйiнi згеру процесiн изотермиялы процесс деп атайды. Бл процесс Бойль - Мариотт замен жазылады:

PV = const

Газ температурасын траты стау шiн, оны температурасын згертпейтiндей етiп жылуалмасып тратын жйе – термостат ажет. йтпесе, газ сыыланда немесе созыланда оны температурасыны згерiсi елеулi.Изотермиялы процестi (P,V) жазытыындаы графигi, мзотерма деп аталатын, гиперболаны бередi (1.10 - сурет).

1.11-сурет

.

ысым траты болан кезде термодинамикалы жйе кйiнi згеру процесiн изобаралы процесс деп атайды. Егер ыдыста газ ысымы траты болуы шiн, оны абыралары жылжымалы (озалмалы) болуы керек. Изобаралы процестi (V,Т) жазытыындаы графигi, мзобара деп аталатын, тзу сызыты бередi (1.11 – сурет)

Клем траты болан кезде термодинамикалы жйе кйiнi згеру процесiн изохоралы процесс деп атайды. Егер газ герметикалы ыдыста болса, онда газ клемi траты болады. Изохоралы процестi (P,T) жазытыындаы графигi, мзохора деп аталатын, тзу сызыты бередi (1.12 - сурет)