Термодинамикалық жүйе. Термодинамикалық параметрлер

Термодинамикалық жүйе. Термодинамикалық параметрлер

Термодинамика - бөлек бөліктерден тұратын макрожүйелер туралы ғылым (молекула, атом, электрондар және т.б.).

Термодинамикалык жүйе ретінде материалды денелер жинағын карастыруды түсінеді, олардың жагдайы нақты бір мәселені шешуге қызығушылық тудырады. Кеңістіктің қалған бөлігі сыртқы (қоршаган) ортаны кұрайды. Жүйенің өзі қоршаган ортадан бақылау үстімен (қабықша) бөлектенеді, жиі бұл қабықша физикалық түрде беріледі, яғни табиғи, шекаралық.

Термодинамикалық жүйені құрайтын денелер бір — бірімен өзара энергетикалық қатынасуы мүмкін, сонымен қатар сыртқы ортамен де және заттармен алмаса алады. Энергияны түрлендіру үшін қолданылатын кез -келген жүйе техникалық термодинамикада жұмыс денесі деп аталады. Жұмыс денесінің маңызды қасиеті әр түрлі термодинамикалык үрдістерде өзінің жұмыс көлемін өзгерте алуы болып табылады. Мұндай денелерге газ тәрізді және бу тәрізді заттар жатады.

Өзара әрекеттесудің мінезі жағынан термодинамикалык жүйелер ашық (энергиямен және қоршаган ортаның алмасуы 1-сурет) және жабық (затпен алмасуы жоқ, бірақ энергиямен алмасу бар 2-сурет). Жабық жүйе заттың бірдей көлемін ұстайды, алайда онын көлемі өзгеруі мүмкін егер де шекара жүйесі қозғалмалы болса. Мысалы, цилиндрдегі газ жабық жүйені кұрайды. Ашық жүйенің мысалы жылу алмасу бола алады, ол нақты белгіленген шекарамен қамтылуы мүмкін. Өз кезегіңде жабық жүйелер былай бөлінеді:

- оңашаланган жүйе, сыртқы ортасы энергиямен алмаспайды, яғни затпен және энергиямен алмасу жоқ;

- жылу оңашаланган (адиабатты) жүйе, қоршаган ортамен жылу алмасуды шығарады, бірақ жұмыс кезінде көлемі өзгеруі мүмкін;

- тағылған жүйе, көлем тұрақты кезінде жылу алмасу мүмкін, яғни механикалык мағынада оңашаланган жүйе жұмыс денесінің физикалық жағдайы шамалар құрамымен сипатталады, ол жағдай параметрлері деп аталады (салмақ, көлем, салыстырмалы көлем, абсолютті қысым, абсолютті температура, ішкі энергия, энтропия, концентрация, изохоралы және изобаралы жылу сыйымдылық және т.б.). [1]

[pic 1]

1-сурет. Жабық және ашық жүйе.

Егер термодинамикалық жүйе бір күйден екінші күйге өтсе, онда термодинамикалық процесс өтті деп есептеледі, яғни термодинамикалық жүйенің кез келген өзгерісі термодинамикалық процесс болып табылады, осы процесс кезінде термодинамикалық параметрлер өзгереді.

Термодинамикалық параметрлер деп макроскопиялық денелердің күйін сипаттайтын физикалық шамаларды атайды. Оған газдың қысымы, көлемі, температурасы (р, V, T) жатады. [2]

2.         Термодинамика заңдары. Термодинамиканың бірінші бастамасы. Жылу мөлшері және жылу сыйымдылығы.

Бір дененің толық энергиясынан толық механикалық энергиясын шығарып тастағанда қалатын энергия оның ішкі энергиясы деп аталады. Демек дененің ішкі энергиясы - молекулалардың бейберекет (хаосты) қозғалысының кинетикалық энергиясынан, молекулалардың өзара әсерлесуінің потенциалдық энергиясынан және ішкі молекулалық энергиясынан тұрады. Денелер жүйесінің ішкі энергиясы әрбір жеке денелердің ішкі энергиялары мен денелер жанасатын жұқа қабаттағы молекулалардың арасындағы өзара әсерлесу энергиясы болып табылады.

Ішкі энергия - жүйе күйінің функциясы. Демек жүйе бір күйден екінші күйге өткен кезде оның ішкі энергиясының өзгерісі әрқашан да ауысу жолына тәуелсіз, ягни жүйенің бір күйінен екінші күйіне келтіретін процесіне немесе процестер жиынтығына тәуелсіз, тек осы күйлердегі ішкі энергияның мәндерінің айырымына тең.

Ішкі энергия (U) негізінен екі түрлі процестің: дененің А жұмыс істеуі мен денеге берілген Q жылу мөлшерінің есебінен өзгереді. Жұмыс істеу жүйеге әсер етуші сыртқы денелердің орнын ауыстыруымен қоса жүреді. Денеге жылу беру сыртқы денелердің орын ауыстыруына тәуелді емес. Ішкі энергияның бұл жағдайдағы өзгерісі жылы дененің жеке молекулаларының салқынырақ дененің молекулаларына қарсы істеген жұмысының әсерінен болады. Бір денеден екінші денеге энергияның берілуіне әкелетін микроскопиялық процестердің жиынтығы жылу берілу деп аталады.