Термодинамика негiздерi

ТЕРМОДИНАМИКА НЕГІЗДЕРІ

Термодинамиканың бірінші заңы - термодинамикалық жүйе үшін энергияның сақталу және өзгеру заңын жалпылау. Ол келесідей тұжырымдалған:

Оқшауланбаған термодинамикалық жүйенің ішкі энергиясының ΔU өзгеруі жүйеге берілген жылу мөлшері мен жүйенің денелерде жасалған сыртқы жұмысы айырмасына тең.

[pic 1]

Термодинамиканың бірінші заңын білдіретін қатынас көбінесе басқа формада жазылады:

[pic 2]

Жүйемен алынған жылу мөлшері оның ішкі энергиясын өзгертуге және денелерде сыртқы жұмыс істеуге кетеді.

Термодинамиканың бірінші заңы жылу процестерінің бағытын белгілемейді. Алайда, тәжірибе көрсеткендей, көптеген жылу процестері тек бір бағытта жүруі мүмкін. Мұндай процестер қайтымсыз деп аталады. Мысалы, екі дененің әртүрлі температурадағы жылу байланысы кезінде жылу ағыны әрқашан жылы денеден суыққа бағытталған. Төмен температуралы денеден жоғары температуралы денеге жылу берудің өздігінен жүретін процесі ешқашан байқалмайды. Демек, температураның соңғы айырмашылығындағы жылу алмасу процесі қайтымсыз.

Қайтымды процестер жүйенің бір тепе-теңдік күйінен екіншісіне ауысу процестері және оларды сол ретпен кері бағытта жүргізуге болады.

Термодинамиканың бірінші заңы қайтымды процестерді қайтымсыз процестерден ажырата алмайды. Бұл жай ғана термодинамикалық процестен белгілі бір энергия тепе-теңдігін талап етеді және мұндай процестің мүмкін немесе мүмкін еместігі туралы ештеңе айтпайды. Өздігінен жүретін процестердің бағыты термодинамиканың екінші заңын белгілейді. Ол термодинамикалық процестердің белгілі бір түрлеріне тыйым салу түрінде тұжырымдалуы мүмкін.

Ағылшын физигі У. Келвин 1851 жылы екінші заңның келесі тұжырымын берді:

Циклдік жұмыс істейтін жылу машинасында, оның жалғыз нәтижесі жалғыз жылу резервуарынан алынған жылудың барлық мөлшерін механикалық жұмысқа айналдыру болатын процесс мүмкін емес.

Неміс физигі Р. Клаузиус термодинамиканың екінші заңының басқа тұжырымын берді:

Жалғыз нәтижесі төмен температуралы денеден жоғары температуралы денеге жылу алмасу арқылы энергияны беру болатын процесс мүмкін емес.

Технологияның дамуы отынның үлкен ішкі энергиясын пайдалану қабілетіне байланысты екенін жоғарыда айттық. Ішкі энергияны пайдалану дегеніміз - оның есебінен пайдалы жұмыс жасау, мысалы, жүкті көтеру, вагондарды тасымалдау және т.б. және бұл өз кезегінде ішкі энергияны механикалық энергияға айналдыру керек дегенді білдіреді. Түтікке аздап су құйыңыз, содан кейін оны тығынмен мықтап жабыңыз және суды қайнатыңыз. Бу қысымымен тығын секіріп, көтеріледі. Мұнда отын энергиясы будың ішкі энергиясына өтті, ал бу кеңейіп, жұмыс жасады - тығынды көтерді. Будың ішкі энергиясы тығынның кинетикалық энергиясына айналды. Біз түтікті берік металл цилиндрмен, ал тығынды цилиндр бойымен қозғалатын тығыз бекітілген поршеньмен алмастырамыз. Біз отынның ішкі энергиясы поршеннің механикалық энергиясына айналатын қарапайым жылу қозғалтқышын аламыз.

Жылу қозғалтқыштары - бұл отынның ішкі энергиясы механикалық энергияға айналатын машиналар.

Жылу қозғалтқыштарының бірнеше түрлері бар: бу машинасы, ішкі жану қозғалтқышы, бу және газ турбиналары, реактивті қозғалтқыш. Барлық осы қозғалтқыштарда отын энергиясы алдымен газ (немесе бу) энергиясына өтеді. Газ кеңейіп, жұмыс жасайды және сонымен бірге салқындатылады. Оның ішкі энергиясының бір бөлігі механикалық энергияға айналады.

Кез-келген жылу қозғалтқышы отын шығаратын энергияның аз ғана бөлігін механикалық энергияға айналдырады. Отын энергиясының көп бөлігі пайдалы пайдаланылмайды, қоршаған ортаға таралады.