Термодинамик - харилцан хөрвүүлгийн шинжлэх ухаан янз бүрийн хэлбэрүүдэнерги ба эдгээр өөрчлөлтүүдийн хууль. Термодинамик нь зөвхөн термодинамикийн үндсэн хоёр зарчимд илэрхийлэгдсэн туршилтаар нээсэн объектив хуулиуд дээр суурилдаг.
Термодинамикийн судлал: 1.Энерги нэг хэлбэрээс нөгөөд шилжих, системийн нэг хэсгээс нөгөөд шилжих; 2. Төрөл бүрийн физик-химийн процессыг дагалддаг эрчим хүчний нөлөөлөл, эдгээр үйл явцын нөхцлөөс хамаарах хамаарал; 3. Харгалзан үзэж буй нөхцөлд үйл явцын аяндаа үүсэх боломж, чиглэл, хязгаар. Үүнийг тэмдэглэх нь зүйтэй сонгодог термодинамикдараах хязгаарлалттай:
1.Термодинамикийг авч үзэхгүй дотоод бүтэцбие махбодь ба тэдгээрт тохиолддог үйл явцын механизм; 2. Сонгодог термодинамик нь зөвхөн макроскопийн системийг судалдаг;
3. Термодинамикийн хувьд “цаг хугацаа” гэсэн ойлголт байдаггүй.
Термодинамикийн үндсэн ойлголтууд.
Термодинамик систем- хүрээлэн буй орчноос оюун санааны хувьд эсвэл бодитойгоор тусгаарлагдсан харилцан үйлчлэлцдэг бие эсвэл бүлэг бие.
Нэг төрлийн систем- шинж чанараараа ялгаатай системийн хэсгүүдийг (үе шатуудыг) тусгаарлах гадаргуу байхгүй систем.
Гетероген систем- шинж чанараараа ялгаатай системийн хэсгүүдийг тусгаарлах гадаргуутай систем.
Үе шат- Физик болон химийн шинж чанараараа ижил төстэй, системийн бусад хэсгүүдээс харагдахуйц интерфейсээр тусгаарлагдсан нэг төрлийн бус системийн нэг төрлийн хэсгүүдийн багц.
Тусгаарлагдсан систем- солилцдоггүй систем орчинбодис ч биш, энерги ч биш. Хаалттай систем- хүрээлэн буй орчинтой энерги солилцдог боловч бодис солилцдоггүй систем.
Нээлттэй систем - хүрээлэн буй орчинтой бодис, энергийг солилцдог систем нь системийн бүх физик, химийн шинж чанаруудын нийлбэрийг тодорхойлдог термодинамик төлөв. Харж байгаа системийн аливаа макроскоп шинж чанарыг тодорхойлсон бүх хэмжигдэхүүнүүд байна статусын параметрүүд. Тухайн системийг хоёрдмол утгагүй тодорхойлохын тулд тодорхой тооны параметрүүдийг ашиглах шаардлагатайг туршилтаар тогтоосон. бие даасан; бусад бүх параметрүүдийг бие даасан параметрүүдийн функц гэж үзнэ. Температур, даралт, концентраци гэх мэт шууд хэмжиж болох параметрүүдийг ихэвчлэн бие даасан төлөвийн параметр болгон сонгодог. Аливаа өөрчлөлт термодинамик төлөвсистем (дор хаяж нэг төлөвийн параметрийн өөрчлөлт) байна термодинамик процесс.
Урвуу үйл явц - хүрээлэн буй орчинд үлдэх ямар ч өөрчлөлтгүйгээр системийг анхны байдалдаа буцаах боломжийг олгодог процесс.
Тэнцвэрийн үйл явц– систем нь тэнцвэрт байдлын тасралтгүй цувааг дамжин өнгөрөх үйл явц юм.
Эрчим хүч- системийн ажил хийх чадварын хэмжүүр; ерөнхий чанарын хэмжүүрбодисын хөдөлгөөн ба харилцан үйлчлэл. Эрчим хүч бол материйн салшгүй шинж чанар юм. Ялгах боломжит эрчим хүч, тодорхой хүчний талбар дахь биеийн байрлалаас үүдэлтэй ба кинетик энерги, орон зай дахь биеийн байрлал өөрчлөгдсөний улмаас үүсдэг.
Системийн дотоод энерги– кинетик ба нийлбэр боломжит эрчим хүчсистемийг бүрдүүлдэг бүх хэсгүүд. Та мөн системийн дотоод энергийг бүхэлд нь системийн кинетик ба боломжит энергийг хассан нийт энерги гэж тодорхойлж болно.
4.Нэгдүгээр зарчмын үндсэн томъёололтермодинамик.Термодинамикийн анхны хууль бол энерги хадгалагдах хууль бөгөөд тэдгээрийн нэг юм бүх нийтийн хуулиудбайгаль (импульс, цэнэг, тэгш хэмийг хадгалах хуулиудын хамт): Эрчим хүч нь усташгүй, бүтээгдээгүй; энэ нь зөвхөн ижил хувь хэмжээгээр нэг хэлбэрээс нөгөө хэлбэрт шилжиж болно.Термодинамикийн анхны хууль бол постулат - үүнийг батлах боломжгүй логикийн хувьдэсвэл өөр зүйлээс гаралтай ерөнхий заалтууд. Энэхүү постулатын үнэн нь түүний үр дагаваруудын аль нь ч туршлагаас харшлахгүй гэдгээр нотлогддог. Термодинамикийн 1-р хуулийн өөр хэдэн томъёолол энд байна.
Нийт эрчим хүч тусгаарлагдсан систембайнгын; боломжгүй байнгын хөдөлгөөнт машинэхний төрлийн (эрчим хүч зарцуулахгүйгээр ажил гүйцэтгэдэг хөдөлгүүр).Термодинамикийн эхний хууль нь дулаан Q, А ажил ба өөрчлөлтийн хоорондын хамаарлыг тогтоодог дотоод энергиΔU системүүд:
Системийн дотоод энергийн өөрчлөлт нь системд өгсөн дулааны хэмжээнээс гаднах хүчний эсрэг системийн гүйцэтгэсэн ажлын хэмжээг хассантай тэнцүү байна.(1) (2) Тэгшитгэл (I.1) нь термодинамикийн 1-р хуулийн төгсгөлтэй, тэгшитгэл (I.2) системийн төлөвийн хязгааргүй бага өөрчлөлтийн математик дүрслэл юм.
Дотоод энерги нь төлөв байдлын функц юм; Энэ нь дотоод энергийн өөрчлөлт ΔU нь системийн 1-р төлөвөөс 2-р төлөв рүү шилжих замаас хамаарахгүй бөгөөд эдгээр төлөв дэх дотоод энерги U 2 ба U 1 утгуудын хоорондох зөрүүтэй тэнцүү байна гэсэн үг юм.
тодорхойлох гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй үнэмлэхүй үнэ цэнэсистемийн дотоод энерги боломжгүй; Термодинамик нь зөвхөн процессын явцад дотоод энергийн өөрчлөлтийг сонирхдог.
5. Термодинамикийн нэгдүгээр хуулийг янз бүрийн процесст хэрэглэх .
Төрөл бүрийн термодинамик процессын үед системийн гүйцэтгэсэн ажлыг тодорхойлохын тулд термодинамикийн нэгдүгээр хуулийн хэрэглээг авч үзье.
Изохорик үйл явц (В= const; ΔV=0).
Өргөтгөх ажил нь даралт ба эзэлхүүний өөрчлөлтийн бүтээгдэхүүнтэй тэнцүү тул изохорик процессын хувьд бид дараахь зүйлийг олж авна.
Изотерм процесс (Т=const).
Нэг моль төлөвийн тэгшитгэлээс хамгийн тохиромжтой хийбид авах:
(I.6) Эндээс:
V 1-ээс V 2 хүртэлх илэрхийлэл (I.6)-ийг нэгтгэснээр бид олж авна
Изобарик процесс (P=const).
Үүссэн илэрхийллүүдийг орлуулах ажил янз бүрийн процессууд(I.1) тэгшитгэлд оруулснаар эдгээр процессын дулааны нөлөөллийн хувьд бид дараахь зүйлийг олж авна.
(I.12) тэгшитгэлд бид ижил индекстэй хувьсагчдыг бүлэглэнэ. Бид авах:
Ингээд танилцуулъя шинэ шинж тэмдэгсистемийн төлөв - энтальпи Х, адилхан хэмжээтэй тэнцүү байнадотоод энерги ба даралт ба эзэлхүүний бүтээгдэхүүн:
Дараа нь илэрхийлэл (I.13) дараах хэлбэрт шилжинэ.
Тиймээс изобар процессын дулааны эффект нь системийн энтальпийн өөрчлөлттэй тэнцүү байна.
Адиабат процесс (Q=0).
Адиабат процессын үед хийн дотоод энергийг багасгах замаар тэлэлтийн ажил хийгддэг.
Хэрэв C v нь температураас хамаарахгүй бол (энэ нь олон бодит хийн хувьд үнэн) адиабат тэлэлтийн үед хийсэн ажил нь температурын зөрүүтэй шууд пропорциональ байна.
Хессийн хууль.
Химийн урвал үүсэхтэй холбоотой дулааны нөлөөлөл нь химийн термодинамикийн нэг салбар болох термохимийн сэдэв юм. Термохимийн зарим ойлголтыг тодорхойлъё.
Бодисын үүсэх дулаан нь энгийн бодисоос 1 моль нийлмэл бодис үүсэх урвалын дулааны нөлөө юм. Үүсэх дулаан энгийн бодисуудтэгтэй тэнцүү авч байна.
Бодисын шаталтын дулаан гэдэг нь хүчилтөрөгчийн илүүдэл дэх 1 моль бодисыг илүү тогтвортой исэлдүүлэх исэлдэлтийн урвалын дулааны нөлөө юм.
Уусмалын дулаан гэдэг нь 1 моль бодисыг хязгааргүй их хэмжээний уусгагчд уусгах үйл явцын дулааны нөлөө юм. Уусмалын дулаан нь устгах дулаан гэсэн хоёр бүрэлдэхүүн хэсгээс бүрдэнэ болор тор(хатуу бодисын хувьд) ба уусалтын дулаан:
ΔН cr.res нь үргэлж эерэг (болор торыг устгахын тулд энерги зарцуулах шаардлагатай), ΔН solv нь үргэлж сөрөг байдаг тул ΔН sol-ийн тэмдэг нь хамаарлаар тодорхойлогддог. үнэмлэхүй утгуудΔН cr.resolve. ба ΔН шийдвэрлэх:
Термохимийн үндсэн хууль бол термодинамикийн анхны хуулийн онцгой тохиолдол болох Гессийн хууль юм.
Дулааны нөлөө химийн урвализобарик-изотерм эсвэл изохорик-изотермийн нөхцөлд хийгдэх нь зөвхөн төрөл, нөхцөл байдлаас хамаарна. эхлэх материалболон урвалын бүтээгдэхүүнүүд бөгөөд түүний үүсэх замаас хамаардаггүй.
Энтальпийн өөрчлөлт ΔН (изобар процессын дулааны нөлөө Q p) ба дотоод энергийн өөрчлөлт ΔU (изохорик процессын Q v дулааны нөлөөлөл) нь систем давж гарах замаас хамаарахгүй болохыг дээр харуулсан. анхны төлөвөөс эцсийн төлөв хүртэл.
Гессийн хуулийн дагуу эдгээр бүх урвалын дулааны нөлөөлөл нь дараахь хамаарлаар холбогддог.
Хессийн хуулийн үр дүн.
Практик ач холбогдолГессийн хууль нь дулааны нөлөөллийг тооцоолох боломжийг олгодог химийн процессууд. Термохимийн тооцоонд Гессийн хуулийн хэд хэдэн үр дүнг ихэвчлэн ашигладаг.
1. Урагшлах урвалын дулааны эффект нь урвуу урвалын дулааны эффекттэй (Лавуазье-Лапласын хууль) хэмжээгээрээ тэнцүү, тэмдгийн хувьд эсрэг байна.2. Эхний төлөв нь ижил боловч өөр өөр эцсийн төлөвтэй хоёр урвалын хувьд дулааны нөлөөллийн ялгаа нь нэг эцсийн төлөвөөс нөгөө рүү шилжих дулааны нөлөө юм.
C + O 2 ––> CO + 1 / 2 O 2 ΔH 1
C + O 2 ––> CO 2 ΔH 2
CO + 1 / 2 O 2 ––> CO 2 ΔH 3
3. Ижил эцсийн төлөвтэй боловч өөр өөр анхны төлөвтэй хоёр урвалын хувьд дулааны нөлөөллийн ялгаа нь нэг анхны төлөвөөс нөгөөд шилжих дулааны нөлөө юм.
C (алмаз) + O 2 ––> CO 2 ΔH 1
C (графит) + O 2 ––> CO 2 ΔH 2
C (алмаз) ––> C (бал чулуу) ΔH 3
4. Химийн урвалын дулааны нөлөө зөрүүтэй тэнцүү байнаурвалын бүтээгдэхүүн ба эхлэлийн материалын үүсэх дулааны нийлбэрийг стехиометрийн коэффициентээр үржүүлсэн.
5. Химийн урвалын дулааны нөлөөлөл нь анхдагч бодис ба урвалын бүтээгдэхүүний шаталтын дулааны нийлбэрийг стехиометрийн коэффициентээр үржүүлсэнтэй тэнцүү байна.
8. Донтолт дулааны нөлөөтемператураас үүсэх урвал. Кирхгофын хууль
IN ерөнхий тохиолдолХимийн урвалын дулааны нөлөө нь урвал явагдаж буй температур, даралтаас хамаарна. ΔH ба ΔU урвалд үзүүлэх даралтын нөлөөг ихэвчлэн үл тоомсорлодог. Дулааны нөлөөллийн хэмжээн дэх температурын нөлөөг Кирхгофын хуулиар тодорхойлно.
Температурын коэффициентХимийн урвалын дулааны нөлөө нь урвалын явцад системийн дулааны багтаамжийн өөрчлөлттэй тэнцүү байна.Тогтмол даралт болон температурт ΔH ба ΔU-ийг температураар нь ялгаж үзье.
Температурын хувьд системийн энтальпи ба дотоод энергийн деривативууд нь изобар ба изохорик нөхцөлд C p ба C v тус тус системийн дулааны багтаамж юм.
(I.24, I.25) илэрхийллийг (I.22, I.23) орлуулснаар бид олж авна. математик тэмдэглэгээКирхгофын хууль:
Химийн процессын хувьд дулааны багтаамжийн өөрчлөлтийг системийн бүтцийн өөрчлөлтөөр тодорхойлж, дараах байдлаар тооцоолно.
Тодорхойлолт: Термодинамик - энергийн хувирлын хуулиудын шинжлэх ухаан.
Уг ойлголтыг термодинамикийн салбарт өргөн ашигладаг термодинамик систем.
Тодорхойлолт: термодинамик систем бие биетэйгээ болон хүрээлэн буй орчинтой харилцан үйлчилдэг материаллаг биетүүдийн цуглуулга юм. Харж байгаа системийн хил хязгаараас гадуур байрлах бүх биетүүдийг дуудна орчин.
Нэг биетэй тул ижил бодис нь өөр өөр нөхцөл байдалдотор байж болно өөр өөр мужууд, (жишээ нь: icevwatervsteam, өөр өөр температурт нэг бодис), тав тухтай байлгахын тулд тухайн бодисын төлөв байдлын шинж чанарыг танилцуулсан болно - гэж нэрлэгддэг статусын параметрүүд.
Материйн төлөв байдлын үндсэн параметрүүдийг жагсаая:
Биеийн температур - биетүүдийн хооронд аяндаа дулаан дамжуулах боломжит чиглэлийг тодорхойлдог.
Одоогийн байдлаар дэлхий дээр хэд хэдэн температурын хуваарь, температурыг хэмжих нэгжүүд байдаг. Европ дахь хамгийн түгээмэл Цельсийн хэмжүүр нь тэг температур нь атмосферийн даралт дахь усны хөлдөх цэг бөгөөд атмосферийн даралт дахь усны буцлах цэгийг 100 хэм (ºC) гэж үздэг. Хойд Америкт Фаренгейтийн хэмжүүрийг ашигладаг. Термодинамикийн тооцооллын хувьд үнэмлэхүй буюу Келвин хуваарь нь маш тохиромжтой. Энэ хуваарийн тэгийг үнэмлэхүй тэгийн температур гэж үздэг бөгөөд энэ температурт бодисын бүх дулааны хөдөлгөөн зогсдог. Тооны хувьд Келвиний хэмжүүрийн нэг градус нь Цельсийн хэмжүүрийн нэг градустай тэнцүү байна.
Температурыг илэрхийлсэн үнэмлэхүй масштаб, дуудсан үнэмлэхүй температур.
Цельсийн хэмээс Келвин рүү шилжих хамаарал:
T [K] = t [º C] + 273.15
Кельвин дэх T-температур;
t v температурыг Цельсийн градусаар илэрхийлнэ.
Даралт - биеийн гадаргуу болон энэ гадаргуугийн нэгж талбайд хэвийн үйлчилж буй хүчийг илэрхийлнэ.
Даралтыг хэмжихийн тулд янз бүрийн хэмжлийн нэгжийг ашигладаг. Стандарт SI хэмжилтийн нэгж нь Паскаль (Па) юм.
Нэгж хоорондын харьцаа:
1 бар = 10 5 Па
1 кг / см 2 (агаар мандал) = 9.806710 4 Па
1ммМУБ st (мөнгөн усны миллиметр) = 133 Па
1 мм ус Урлаг. (усны баганын миллиметр) = 9.8067 Па
Нягт - бодисын массыг тухайн бодисын эзэлдэг эзлэхүүнтэй харьцуулсан харьцаа.
Тодорхой эзлэхүүн - нягтын харилцан хамаарал i.e. бодисын эзэлдэг эзэлхүүнийг түүний масстай харьцуулсан харьцаа.
Тодорхойлолт: Хэрэв термодинамик системд системд орсон аливаа биеийн параметрүүдийн дор хаяж нэг нь өөрчлөгдвөл системдтермодинамик процесс .
Нэг төрлийн биеийн P, V, T төлөвийн үндсэн термодинамик параметрүүд нь бие биенээсээ хамааралтай бөгөөд төлөвийн тэгшитгэлээр харилцан хамааралтай байдаг.
Идеал хийн хувьд төлөвийн тэгшитгэлийг дараах байдлаар бичнэ.
P - даралт
v - тодорхой хэмжээ
T - температур
R - хийн тогтмол (хий тус бүр өөрийн гэсэн утгатай)
Хэрэв төлөвийн тэгшитгэл нь мэдэгдэж байгаа бол хамгийн энгийн системийн төлөвийг тодорхойлохын тулд 3-аас хоёр бие даасан хувьсагчийг мэдэхэд хангалттай.
P = f1 (v, t); v = f2 (P, T); T = f3 (v, P)
Термодинамик процессыг төлөв байдлын график дээр ихэвчлэн дүрсэлсэн байдаг ба төлөвийн параметрүүдийг тэнхлэгийн дагуу дүрсэлсэн байдаг. Ийм графикийн хавтгай дээрх цэгүүд нь системийн тодорхой төлөвт, график дээрх шугамууд нь системийг нэг төлөвөөс нөгөөд шилжүүлэх термодинамик процессуудтай тохирч байна.
Нэг биеэс бүрдэх термодинамик системийг авч үзье - поршений саванд зарим хий, сав ба поршений дотор байдаг. энэ тохиолдолдгадаад орчин юм. Жишээлбэл, хийг саванд халааж байна гэж бодъё, хоёр тохиолдол байж болно.
1) Хэрэв поршений бэхэлгээний хэмжээ өөрчлөгдөөгүй бол савны даралт нэмэгдэнэ. Энэ процессыг нэрлэдэг изохорик(v=const), тогтмол эзлэхүүнтэй ажиллах;
P - T координат дахь изохорик процессууд:
v 1 >v 2 >v 3
2) Хэрэв поршений чөлөөтэй бол халаасан хий нь тогтмол даралтаар өргөжих болно, энэ процесс гэж нэрлэгддэг изобар(P=const), явж байна тогтмол даралт.
v - T координат дахь изобарик процессууд
P 1 >P 2 >P 3
Хэрэв поршений хөдөлгөөн хийснээр сав дахь хийн эзэлхүүнийг өөрчилвөл хийн температур мөн өөрчлөгдөх боловч хийн шахалтын үед савыг хөргөж, тэлэх үед халаах замаар та температур тогтмол байх болно. эзэлхүүн ба даралтын өөрчлөлтөөр энэ процессыг нэрлэдэг изотерм(T=const).
P-v координат дахь изотермийн процессууд
Систем ба хүрээлэн буй орчны хооронд дулааны солилцоо байхгүй процессыг нэрлэдэг адиабат, систем дэх дулааны хэмжээ тогтмол (Q=const) хэвээр байна. Бодит амьдрал дээр адиабат процессуудсистемийг орчноос бүрэн тусгаарлах боломжгүй учраас байхгүй. Гэсэн хэдий ч хүрээлэн буй орчинтой дулааны солилцоо маш бага байдаг, жишээлбэл, поршений тусламжтайгаар савны хий хурдан шахагдах, поршений болон савны халаалтаас болж дулааныг арилгах цаг байхгүй үед процессууд ихэвчлэн тохиолддог.
P - v координат дахь адиабат процессын ойролцоо график
Тодорхойлолт: Тойрог процесс (Цикл) - нь системийг анхны байдалд нь буцаах процессуудын багц юм. Гогцоонд хэдэн ч тусдаа процесс байж болно.
Атомын цахилгаан станцын үйл ажиллагаа нь уур-усны эргэлт дээр суурилдаг тул дугуй процессын тухай ойлголт нь термодинамикийн хувьд бидний хувьд чухал ач холбогдолтой бөгөөд өөрөөр хэлбэл бид цөм дэх усны ууршилт, турбины роторын эргэлтийг авч үзэх боломжтой. уураар, уурын конденсаци, усны урсгалыг цөмд оруулах нь нэгэн төрлийн хаалттай термодинамик процесс буюу мөчлөг юм.
Дулаан ба ажил.
Уг процесст оролцож буй бие биетэйгээ энерги солилцдог. Зарим биеийн энерги нэмэгддэг бол зарим нь буурдаг. Эрчим хүчийг нэг биеэс нөгөөд шилжүүлэх нь 2 аргаар явагддаг.
Янз бүрийн температуртай биетэй шууд харьцах, холбоо барьж буй биетүүдийн молекулуудын хооронд кинетик энерги солилцох замаар энерги дамжуулах эхний арга (эсвэл цахилгаан соронзон долгион ашиглан цацраг дамжуулах).
Эрчим хүч нь илүү халсан биеэс бага халсан бие рүү шилждэг.
Молекулуудын кинетик хөдөлгөөний энергийг дулаан гэж нэрлэдэг тул энерги дамжуулах энэ аргыг дулаан хэлбэрээр энерги дамжуулах гэж нэрлэдэг. Биеийн дулаан хэлбэрээр хүлээн авсан энергийн хэмжээг нэрлэдэг дулаанаар хангадаг(тайлагнасан), мөн биеийн дулаан хэлбэрээр өгсөн энергийн хэмжээ - дулааныг арилгана(салган авсан).
Дулааны ердийн тэмдэглэгээ нь Q, хэмжээс нь J. Практик тооцоололд дулааны массын харьцаа чухал болдог. тодорхой дулаангэж тэмдэглэсэн qхэмжээ Ж/кг.
Нийлүүлсэн дулаан эерэг, зайлуулсан дулаан сөрөг байна.
Эрчим хүч дамжуулах хоёр дахь арга нь хүчний талбар эсвэл гадны даралттай холбоотой байдаг. Ийм байдлаар энерги шилжүүлэхийн тулд бие нь хүчний талбарт шилжих эсвэл гадны даралтын нөлөөн дор эзлэхүүнээ өөрчлөх ёстой.
Энэ аргыг нэрлэдэг ажлын хэлбэрээр эрчим хүчийг шилжүүлэх.
Хэрэв биетийн жишээ болгон бид поршений саванд байгаа хийг авч үзвэл поршенд гадны хүч үйлчлэх тохиолдолд хий шахагдана - бие дээр ажил хийгддэг бөгөөд хөлөг онгоцонд хийн тэлэлт, ажил, поршений хөдөлгөөнийг бие (хий) өөрөө гүйцэтгэдэг.
Биеийн ажлын хэлбэрээр хүлээн авсан энергийн хэмжээг нэрлэдэг бие дээр хийсэн ажил, өгсөн - биеийн зарцуулсан ажил.
Ажлын хэлбэрийн энергийн хэмжээг ихэвчлэн тэмдэглэдэг Лхэмжээс Ж. Тодорхой ажил- ажлын биеийн жингийн харьцааг зааж өгсөн болно лхэмжээ - Ж/кг.
Тодорхойлолт: Ажлын хэсэг - термодинамикийн мөчлөгт оролцож, ашигтай ажил гүйцэтгэдэг тодорхой хэмжээний бодис.
RBMK реакторын үйлдвэр дэх ажлын шингэн нь ус бөгөөд голд уур хэлбэрээр ууршсаны дараа турбин дотор ажиллаж, роторыг эргүүлдэг.
Тодорхойлолт: Ажлын шингэний эзэлхүүний өөрчлөлт, гадаад орон зайд хөдөлгөөн эсвэл байрлалын өөрчлөлттэй холбоотой термодинамик процессын энергийг нэг биеэс нөгөөд шилжүүлэхийг нэрлэдэг.үйл явцын ажил .
Термодинамик гэж юу вэ
Тодорхойлолт
Термодинамик бол физикийн хамгийн чухал хэсэг юм. Түүний олдворуудыг гиро- болон аэродинамик, оптик, физик химибусад олон шинжлэх ухаан, хэрэглээний хөгжил.
онд термодинамик үүссэн XIX эхэн үезуун. Тэр үед дулааны инженерчлэл хөгжиж эхэлсэн. Термодинамик нь түүний болов онолын үндэслэл. Тэр үеийн зорилго нь дулааныг хувиргах үйл явцыг тодорхойлдог зүй тогтлыг судлах явдал байв механик ажилдулааны хөдөлгүүрийг ашиглах, ийм өөрчлөлтийн үр ашиг хамгийн их байх нөхцлийг хайх. Дулааны хөдөлгүүрийг судалдаг Францын инженер, физикч Саади Карно түүний бүтээлүүдэд термодинамикийн үндэс суурийг тавьсан. Тэр үед дулааныг тодорхой бодис - илчлэг гэж үздэг байсан бөгөөд энэ нь массгүй, үүсгэх, устгах боломжгүй юм. Дараа нь термодинамик нь нарийн техникийн асуудлын хил хязгаараас давсан. Орчин үеийн термодинамикийн гол агуулга нь материйн хөдөлгөөний дулаан хэлбэрийн хуулиуд болон түүнтэй холбоотой үзэгдлүүдийг судлах явдал юм.
Термодинамик ямар процессуудыг судалдаг вэ?
Термодинамик нь бие махбодь болон биеийн системд тохиолддог макроскопийн үйл явцыг судалдаг. Энэ шинжлэх ухаан нь материйн бүтцийн талаархи тусгай таамаглал, санааг ашигладаггүй. Дулааны мөн чанарын талаар асуулт асуудаггүй. Термодинамикийн дүгнэлт нь эмпирик өгөгдлийг нэгтгэн олж авсан ерөнхий зарчим (зарчмууд) дээр суурилдаг.
Термодинамик нь зөвхөн системүүдийн термодинамикийн тэнцвэрийн төлөв эсвэл тэнцвэрт байдлын багцаар илэрхийлэгдэх маш удаан процессуудыг судалдаг. Энэ шинжлэх ухаан бас нэгээс шилжих хуулиудыг судалдаг тэнцвэрт байдалнөгөө рүү.
Термодинамикийн дүгнэлт нь хялбаршуулсан загварыг ашиглахгүйгээр олж авсан тул маш ерөнхий юм. Термодинамик нь туршлагаас олон тэгшитгэл авдаг, эсвэл молекулаар - кинетик онол. Гэхдээ энд термодинамикийн аксиомууд нь хэрэглээний хязгаартай болохыг практик харуулж байгааг тэмдэглэх нь зүйтэй. Иймээс сонгодог термодинамик нь бичил ертөнцөд чухал ач холбогдолтой төлөв байдлын хэлбэлзлийг харгалзан үздэггүй тул жижиг хэмжээтэй системд тохиромжгүй байдаг.
Тиймээс бид термодинамикийн үндсэн санааг дараах байдлаар тодорхойлдог.
Термодинамикийн үндсэн санаа
Макроскоп системээс бүрдэнэ их хэмжээнийтоосонцор. Системийн төлөв байдал нь маш тодорхой параметрүүдээр тодорхойлогддог. Бүх системүүд энерги хадгалах хуулийг дагаж мөрддөг.
Термодинамикийн хувьд энерги хадгалагдах хуулийг термодинамикийн зарчим болгон томъёолдог. Макросистемийн зан төлөвийг термодинамикийн зарчмууд дээр үндэслэн тодорхойлсон. Термодинамикийн гурван зарчим бий. Эхний зарчим бол энерги хадгалах хуулийн үр дагавар юм.
Термодинамикийн анхны хууль
\[\delta Q=dU+\delta A\ \зүүн(1\баруун),\]
Энд $\delta Q$ нь термодинамик системд нийлүүлсэн дулааны элемент (эсвэл хязгааргүй бага хэмжээ) юм. Энэ хэлбэрийн энергийн хөдөлгөөн, өөрчлөлтийг судлах нь термодинамикийн сэдэв, $dU$ нь системийн дотоод энергийн өөрчлөлт, $\дельта A$ -- үндсэн ажил. Хязгааргүй бага хэмжигдэхүүнийг энд зааж өгсөн болно өөр өөр тэмдэгтүүд(d ба $\delta $), энэ нь санаатай. Эдгээр бага хэмжээний шинж чанарууд өөр өөр байдаг гэдгийг онцлон тэмдэглэхийн тулд. Термодинамикийн эхний хууль нь үйл явцын чиглэлийн талаар ямар ч ойлголт өгдөггүй. Тиймээс хоёр дахь эхлэл зайлшгүй шаардлагатай. Энэ нь термодинамик дахь үйл явцын чиглэлийг тодорхойлдог зүйл юм. Термодинамикийн хоёр дахь хуулийн хэд хэдэн томъёолол байдаг. Тэд хэлбэрийн хувьд ялгаатай боловч утгаараа ижил төстэй байдаг. Томпсоны (Лорд Келвин) өгсөн жоруудын нэг нь энд байна:
Термодинамикийн хоёр дахь хууль
"Дулааны усан сангийн дотоод энергийг багасгах замаар ажлын бүтээмжийг бий болгох цорын ганц үр дүн нь дугуй хэлбэртэй үйл явц юм."
Гурав дахь нь үйл явцад хязгаарлалт тавьдаг. Үүнийг томъёолъё:
Термодинамикийн гурав дахь хууль
« Үнэмлэхүй тэгдамжуулан хүрэх боломжгүй хязгаарлагдмал тооүйл ажиллагаа."
Термодинамикийн математик аппарат бол онол юм дифференциал хэлбэрүүдболон хэсэгчилсэн дифференциал тэгшитгэл.
Даалгавар: Тохиромжтой нэг атомт хий нь циклийн процесст ордог (Зураг 1).
Тодорхойлох Циклийн үр ашиг, хэрэв $V_1,\ V_2,$ $p_1,\ p_2$ мэдэгдэж байгаа бол.
Энэ тохиолдолд мөчлөгийн үр ашгийг ($\eta $) дараах байдлаар тодорхойлно.
\[\eta =\frac(A)(Q^+)\зүүн(1.1\баруун),\]
Энд A нь дугуй процессын дагуу хийн гүйцэтгэсэн ажил, $Q^+$ нь халаагуураас хийд өгөх дулааны хэмжээ юм.
1-р зурагт дүрслэгдсэн дугуй процесс (мөчлөг) нь дараалсан дөрвөн процессоос бүрдэнэ. Дулааныг ямар процессоор хангаж байгааг тодорхойлъё. Мэдээжийн хэрэг эдгээр нь AB ба BC процессууд юм.
AB процесс нь изобар юм. Термодинамикийн 1-р хуулийг бичиж, энэ процесст хийн ялгарах дулааны хэмжээг олъё.
\[\гурвалжин Q=\гурвалжин U+A\ \зүүн(1.2\баруун).\]
Изобарын процесс дахь ажлыг дараах байдлаар олж болно.
Тиймээс AB процессын хувьд бид дараахь зүйлийг авна.
AB процессын үед хийн дотоод энергийн өөрчлөлт нь дараахь томъёотой байна.
\[\ гурвалжин U_(AB)=\frac(i)(2)\nu R\зүүн(T_2-T_1\баруун)\зүүн(1.5\баруун).\]
$\left(T_2-T_1\right)$-г олохын тулд идеал хийн хувьд Менделеев-Клайперон тэгшитгэлийг ашиглана. Үүнийг хоёр төлөвт зориулж бичье (А ба В цэг):
\ \
(1.7) ба (1.6) хоёрын ялгааг олъё, бид дараахь зүйлийг авна.
(1.8)-ыг (1.5) орлуулснаар бид дараахь зүйлийг авна.
\[\гурвалжин U_(AB)=\frac(i)(2)p_1\зүүн(V_2-V_1\баруун)\зүүн(1.9\баруун).\]
Тиймээс AB процесст хийн хүлээн авсан дулааны хэмжээ нь дараахь хэмжээтэй тэнцүү байна.
\[\ гурвалжин Q_(AB)=p_1\зүүн(V_2-V_1\баруун)+\frac(i)(2)p_1\зүүн(V_2-V_1\баруун)\ (1.10).\]
Одоо МЭӨ изохорын процессыг авч үзье. Үүний тулд хий рүү шилжүүлсэн дулааны хэмжээ нь дараахь хэмжээтэй тэнцүү байна.
\[\ гурвалжин Q_(BC)=\гурвалжин U_(BC\ )\зүүн(1.11\баруун).\]
изохорик процесс дахь ажил тэг учраас. Дотоод энергийн өөрчлөлтийг олцгооё энэ үйл явц, Б ба С диаграммын цэгүүдэд хамгийн тохиромжтой хийн төлөвийн тэгшитгэлийг ашиглан:
\ \
(1.7) -аас (1.6) хасвал бид дараахь зүйлийг авна.
(1.14)-ийг (1.11)-д орлуулснаар бид $\гурвалжин Q_(BC)$-г олно:
\[\ гурвалжин Q_(BC)=\frac(i)(2)((p)_2-\ p_1)V_2(1.15).\]
Бид $Q^+:$ илэрхийллийг олж авдаг
Хийн хийсэн ажлыг дугуй процессоор олъё. Энэ нь тэнцүү байна геометрийн утга ABCD тэгш өнцөгтийн талбайн интегралуудыг бид үүний дагуу бичнэ.
\[\eta =\frac(((p)_2-\ p_1)\left(V_2-V_1\баруун))((\frac(i)(2)(p)_2V_2-p_1V_1)+p_1((V) _2-V_1))\ \зүүн(1.18\баруун).\]
Хариулт: Циклийн үр ашиг өгөгдсөн процесстомъёогоор илэрхийлэгдэнэ: $\eta =\frac(((p)_2-\ p_1)\left(V_2-V_1\right))((\frac(i)(2)(p)_2V_2-p_1V_1)+ p_1(( V)_2-V_1))$.
Даалгавар: Зураг дээр. Зураг 2-т AB ба CD изотермуудыг үзүүлэв. I ба II процесст хийн хүлээн авсан дулааны хэмжээг харьцуул.
Хэрэв AB ба CB нь изотерм бол I ба II процесс дахь хийн дотоод энергийн өөрчлөлт ижил байна: \[\triangle U_I=\triangle U_(II)\left(2.1\right).\]
I процессийн ажил тэг байна, учир нь процесс изохорик тул I процесст хийн хүлээн авсан дулааны хэмжээ:
\[\ гурвалжин Q_I=\гурвалжин U_I\ \зүүн(2.2\баруун).\]
II процесст ажил хийгээр хийгдэх ба 0-ээс их ($A_I>0).\ $
\[\гурвалжин Q_(II)=\гурвалжин U_(II)+A=\гурвалжин U_I+A\ \to \гурвалжин Q_(II)>\ Q_I гурвалжин\зүүн(2.3\баруун).\]
Хариулт: II процессын хийн хүлээн авсан дулааны хэмжээ нь I процессын хийн хүлээн авсан дулааны хэмжээнээс их байна.
Термодинамикийн хувьд тэд хамгийн их судалдаг ерөнхий хуулиуддотоод энергийг хувиргах физик үйл явц. Аливаа материаллаг биед байдаг гэж үздэг дулааны энерги$U$ бөгөөд энэ нь түүний температураас хамаарна.
Термодинамикийн үндсэн томъёог авч үзэхийн өмнө термодинамикийг тодорхойлох шаардлагатай.
Тодорхойлолт 1
Термодинамик нь системд тохиолддог үйл явц, тэдгээрийн төлөв байдлыг судалж, тайлбарладаг физикийн өргөн хүрээний салбар юм.
Тодорхойлсон шинжлэх ухааны чиглэлэмпирик байдлаар олж авсан ерөнхий баримтад тулгуурладаг. Термодинамикийн үзэл баримтлалд тохиолддог үзэгдлийг макроскопийн хэмжигдэхүүнийг ашиглан дүрсэлдэг.
Тэдний жагсаалтад дараахь параметрүүд орно.
- даралт;
- температур;
- төвлөрөл;
- эрчим хүч;
- эзлэхүүн.
Эдгээр үзүүлэлтүүд нь бие даасан молекулуудад хамаарахгүй, харин багасдаг Дэлгэрэнгүй тодорхойлолтсистем нь ерөнхий хэлбэрээр. Термодинамик хуулиуд дээр суурилсан олон шийдлийг цахилгаан эрчим хүч, дулааны инженерийн салбарт олж болно. Энэ нь фазын шилжилт, химийн процесс, тээврийн үзэгдлийн талаархи ойлголтыг илтгэнэ. Зарим талаараа термодинамик нь квант динамиктай нягт "хамтран ажилладаг".
Термодинамик дахь хамгийн тохиромжтой хийн тэгшитгэл
Зураг 1. Термодинамикийн ажил. Author24 - оюутны ажлын онлайн солилцоо
Тодорхойлолт 2
Идеал хий нь материаллаг цэгтэй адил идеализацийн нэг төрөл юм.
Ийм элементийн молекулууд нь материаллаг цэгүүд, мөн бөөмийн мөргөлдөөн нь туйлын уян ба тогтмол байдаг. Термодинамикийн асуудлуудад бодит хийнүүдихэвчлэн хамгийн тохиромжтой гэж үздэг. Ийм маягаар томьёо бичих нь хамаагүй хялбар бөгөөд та үүнийг шийдэх шаардлагагүй болно асар их хэмжээтэгшитгэл дэх шинэ хэмжигдэхүүнүүд.
Тиймээс, идеал хийн молекулууд хөдөлдөг боловч ямар хурд, масстай болохыг мэдэхийн тулд та идеал хийн төлөвийн тэгшитгэл буюу Клапейрон-Менделеевийн томъёог ашиглах хэрэгтэй: $PV = \frac(m)(M) )RT$. Энд $m$ нь судалж буй хийн масс, $M$ нь анхных юм молекулын масс, $R$ нь 8.3144598 Ж/(моль*кг)-тай тэнцүү бүх нийтийн тогтмол юм.
Энэ талаас нь авч үзвэл идеал хийн массыг эзэлхүүн ба нягтын бүтээгдэхүүн $m = pV$ гэж тооцож болно. Дундаж кинетик энерги $E$ ба хийн даралт хоёрын хооронд ямар нэгэн холбоо бий. Энэ хамаарлыг физикт молекул кинетик онолын үндсэн тэгшитгэл гэж нэрлэдэг бөгөөд дараах хэлбэртэй байна: $p = \frac(2)(3)nE$, энд $n$ нь нийт эзэлхүүнтэй харьцуулахад хөдөлж буй молекулуудын концентраци, $E $ нь дундаж коэффициент юм кинетик энерги.
Термодинамикийн анхны хууль. Изопроцессын томъёо
Зураг 2. Идеал хийн төлөвийн тэгшитгэл. Author24 - оюутны ажлын онлайн солилцоо
Эхний термодинамик хуульд: хэмжигдэхүүн дотоод дулаан, хий рүү шилжсэн, зөвхөн өөрчлөхийн тулд л явдаг нийт эрчим хүчхий $U$ ба бодисоор хийсэн ажил $A$. Термодинамикийн 1-р хуулийн томъёог дараах байдлаар бичнэ: $Q = ΔU + A$.
Та бүхний мэдэж байгаагаар систем дэх хийд ямар нэг зүйл үргэлж тохиолддог, учир нь энэ нь шахагдаж эсвэл халааж болно. Энэ тохиолдолд нэг тогтвортой параметр дээр тохиолддог процессуудыг авч үзэх шаардлагатай. -д тохиолддог изотермийн тохиолдолд термодинамикийн эхний хууль тогтмол температур, Бойл-Мариотт хуулийг ашигладаг.
Үр дүнд нь изотерм процессхийн даралт түүний анхны эзэлхүүнтэй урвуу хамааралтай: $Q = A.$
Isochoric - тогтмол эзлэхүүн дээр ажиглагддаг. Энэ үзэгдлийн хувьд бид Чарльзын хуулийг ашигладаг бөгөөд үүний дагуу дарамт нь шууд пропорциональ байдаг ерөнхий температур. Изохорик процесст хийд өгөгдсөн бүх дулаан нь түүний дотоод энергийг өөрчлөхөд шилжих ба дараах хэлбэрээр бичигдэнэ: $Q = ΔA.$
Изобарик процесс - тогтмол даралттай үед үүсдэг. Гей-Люссакийн хууль нь идеал хийн тогтмол даралттай үед түүний анхны эзэлхүүн нь үүссэн температуртай шууд пропорциональ байна гэж үздэг. Изобарын процесст дулааныг хий дээр ажил гүйцэтгэх, дотоод энергийн потенциалыг өөрчлөхөд ашигладаг: $Q = \Delta U+p\Delta V.$
Термодинамикийн дулаан багтаамжийн томъёо ба үр ашгийн үндсэн томъёо
Тайлбар 1
Тодорхой дулаантермодинамик системд үргэлж нэг кг халаахад ялгардаг дулааны хэмжээтэй тэнцүү байна идэвхтэй бодисЦельсийн нэг градусаар.
Дулааны багтаамжийн тэгшитгэлийг дараах байдлаар бичнэ: $c = \frac(Q)(m\Delta t)$. Энэ параметрээс гадна тогтмол эзэлхүүн, даралттай ажилладаг молийн дулааны багтаамж бас байдаг.
Түүний үйлдлүүд эндээс харагдаж байна дараах томъёо: $C_v = \frac (i)(2)R$ энд $i$ нь хийн молекулуудын чөлөөт байдлын зэрэг юм.
Дулааны машин нь хамгийн энгийн тохиолдолд хөргөгч, халаагч, ажлын материалын их бие зэргээс бүрдэнэ. Халаагч нь эхлээд дулааныг өгдөг физик бодисмөн тодорхой хэмжээний ажил хийдэг, дараа нь аажмаар хөргөгчинд хөргөж, бүх зүйл тойрог хэлбэрээр давтагдана. Ердийн жишээДулааны машин нь дотоод шаталтат хөдөлгүүр юм.
Коэффицент ашигтай үйлдэлдулааны төхөөрөмжийг дараах томъёогоор тооцоолно: $n = \frac (Q_h-Q_x )(Q_h ).$
Термодинамикийн үндэс суурь ба тэгшитгэлийг судлахдаа өнөөдөр үүнийг тодорхойлох хоёр арга байдаг гэдгийг ойлгох хэрэгтэй. физик үйл явц, макроскопод тохиолддог материаллаг биетүүд: статистик ба термодинамик.
Термодинамикийн аргууд ба түүний томъёо нь Менделеев-Клапейроны хуулийн хэлбэрээр туршилтын хэв маягийн утгыг нээж, тайлбарлах боломжийг олгодог. Системээс ялгаатай нь термодинамикийн үзэл баримтлалд үүнийг ойлгох нь чухал юм молекулын физик, тодорхой молекулууд эсвэл атомуудтай тохиолддог өвөрмөц харилцан үйлчлэлийг судлаагүй боловч янз бүрийн төрлийн дулаан, эрчим хүч, ажлын байнгын хувиргалт, холболтыг авч үздэг.
Төлөвийн тэгшитгэл ба түүний үүрэг
Зураг 4. Төрийн термодинамик тэгшитгэл. Author24 - оюутны ажлын онлайн солилцоо
Макро төлөв байдлыг судлахдаа үзэл баримтлалын үндэслэл, түүнийг үнэмлэхүй төлөвт шилжүүлэх аргаас үл хамааран термодинамикийн тэнцвэрийн тодорхой төлөвийг харуулсан индикаторыг тооцдог төлөв байдлын функцийг ашигладаг.
Термодинамикийг чадварлаг барихад төрийн үндсэн чиг үүрэг нь:
- дотоод энерги;
- энтропи;
- температур;
- термодинамик потенциалууд.
Гэсэн хэдий ч термодинамик дахь төлөвийн функцууд нь бүрэн бие даасан биш бөгөөд төлөө нэгэн төрлийн системАливаа термодинамик зарчмыг бие даасан хоёр хувьсагчийн илэрхийлэл болгон бичиж болно. Ийм функциональ харилцааг ерөнхий төлөвийн тэгшитгэл гэж нэрлэдэг.
Өнөөдөр дараахь төрлийн тэгшитгэлүүдийг ялгаж үздэг.
- дулааны тэгшитгэлийн төлөв - даралт, температур, эзэлхүүний хоорондын хамаарлыг тодорхойлох;
- илчлэгийн тэгшитгэл - дотоод илэрхийлэл эрчим хүчний боломж, эзэлхүүн ба температурын функцээр;
- төлөвийн каноник тэгшитгэл - харгалзах хувьсагчдад термодинамик потенциал хэлбэрээр бичигдсэн.
Төлөвийн тэгшитгэлийн талаархи мэдлэг нь практикт ашиглахад маш чухал юм ерөнхий зарчимтермодинамик. Термодинамикийн тодорхой ойлголт бүрийн хувьд ийм илэрхийлэлийг туршлагаас эсвэл статистик механикийн аргаар тодорхойлдог бөгөөд термодинамикийн хүрээнд системийг анх тодорхойлсон үед үүнийг өгсөн гэж үздэг.
Термодинамикийн хэсгүүд
Орчин үеийн феноменологийн термодинамикийг ихэвчлэн тэнцвэрт (тэнцвэрийн үйл явцын термодинамик, мөн сонгодог термодинамикийн термодинамик гэж нэрлэдэг) ба тэнцвэргүй (тэнцвэргүй үйл явцын термодинамик, мөн термодинамик гэж нэрлэдэг) гэж хуваагддаг. эргэлт буцалтгүй үйл явц). Тэнцвэрийн термодинамик нь дотоод энерги, температур, энтропи, химийн потенциал, түүнчлэн эдгээр хэмжигдэхүүнүүдийн хослол зэрэг шинэ хувьсагчдыг (өөрөөр хэлбэл физикийн бусад салбаруудад тодорхойлогдоогүй) авч үздэг. Тэдгээрийг бүгдийг нь термодинамик параметрүүд (хэмжигдэхүүн) гэж нэрлэдэг. Сонгодог термодинамикийн авч үзэх сэдэв нь термодинамик параметрүүдийн бие биетэйгээ болон физикийн бусад салбаруудад (масс, даралт, гадаргуугийн хурцадмал байдал, одоогийн хүч гэх мэт). Химийн болон фазын урвалууд (фазын шилжилтүүдЭхний төрлийн) нь сонгодог термодинамикийн судалгааны сэдэв юм, учир нь энэ тохиолдолд системийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн масс ба тэдгээрийн химийн потенциал хоорондын холбоог авч үздэг. Сонгодог термодинамик нь термодинамик хувьсагчдыг орон зай дахь орон нутгийн хэмжигдэхүүн гэж үздэг (ямар ч системд ядаж нэг хүчний талбар - таталцлын орон үргэлж нөлөөлдөг). Сонгодог термодинамикийн томъёонд цаг хугацаа тодорхой тусгагдаагүй. Гэсэн хэдий ч энэ нь сонгодог термодинамик нь зөвхөн системийн төлөвийг авч үздэг бөгөөд тэдгээрийн өөрчлөлтийг, өөрөөр хэлбэл үйл явцыг харгалзан үздэггүй гэсэн үг биш юм. Зүгээр л түүний анхаарлын сэдэв бол харьцангуй удаан явагддаг (квази статик) үйл явц юм. Энэ мөчцаг хугацааны хувьд системийг термодинамикийн тэнцвэрт байдалд (тэнцвэрийн процесс) гэж үзэж болно. Хэрэв түүний цаг нь авч үзэж буй системийн амрах хугацаанаас хамаагүй бага байвал процессыг бараг статик гэж үзэж болно.
Тэнцвэргүй термодинамикийн хувьд хувьсагчдыг зөвхөн орон зайд төдийгүй цаг хугацааны хувьд орон нутгийн шинж чанартай гэж үздэг, өөрөөр хэлбэл цаг хугацаа нь томьёогоо шууд оруулж чаддаг. Дулаан дамжилтын талаархи Фурьегийн сонгодог бүтээл нь сонирхолтой юм. Аналитик онол"дулаан" (1822) нь тэнцвэрт бус термодинамикийг шинжлэх ухааны бүрэн эрхт салбар болгон бий болгохоос өмнө (зуу гаруй жил) төдийгүй Карногийн "эргэлт хөдөлгөгч хүчгал болон энэ хүчийг хөгжүүлэх чадвартай машинуудын тухай" (1824) нь сонгодог термодинамикийн түүхэн дэх эхлэлийн цэг гэж тооцогддог.
2 - Келвиний постулат.Системд өөр өөрчлөлт оруулахгүйгээр ажил дулаан болж хувирах үйл явц нь эргэлт буцалтгүй, өөрөөр хэлбэл системд өөр өөрчлөлт хийхгүйгээр жигд температуртай эх үүсвэрээс авсан бүх дулааныг ажил болгон хувиргах боломжгүй юм.
Эрчим хүчний хувьд Эйлерийн теорем нь дараах хэлбэртэй байна.
Эндээс амархан дагалддаг Гиббс-Дюхемийн тэгшитгэл:
Энэхүү тэгшитгэл нь эрчимтэй хувьсагчдын хооронд нэг холболт байгааг харуулж байгаа бөгөөд энэ нь системийн шинж чанаруудын нэмэлт байдлын таамаглалын үр дагавар юм. Ялангуяа Гиббс-Дюхемийн харилцааны шууд үр дагавар нь хольцын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн химийн потенциалын хувьд Гиббсийн термодинамик потенциалын илэрхийлэл юм.
Тасралтгүй байдлын термодинамик
Термодинамикийн аксиомууд ба термодинамик потенциалын харилцааны дээрх томъёолол нь энгийн загварууд(байгаль орчин) - төлөө хамгийн тохиромжтой хийнүүд. Илүү ихийг нарийн төвөгтэй загваруудхэвлэл мэдээллийн хэрэгсэл - уян хатан хатуу хэвлэл мэдээллийн хэрэгсэл, наалдамхай зөөгч, хуванцар хэрэгсэл, наалдамхай шингэн, зөөвөрлөгч бүхий цахилгаан соронзон шинж чанарболон бусад, термодинамикийн хуулиуд нь илүү төвөгтэй томъёололтой байдаг ба термодинамик потенциалыг тензор ашиглан ерөнхий хэлбэрээр томъёолдог. Тасралтгүй физикт (тасралтгүй физик) термодинамикийг түүний бүрэлдэхүүн хэсэг, дулааны (дулааны) болон Химийн шинж чанархүрээлэн буй орчин, тэдгээрийн бусад физик хэмжигдэхүүнтэй холбоо, термодинамикийн аксиомууд багтсан болно нийтлэг системаксиом.
Термодинамикийн аксиоматик
Аксиоматик үүднээс тэг эхлэлтермодинамик, оршин тогтнохыг батлах үнэмлэхүй температур, шаардлагагүй.
Эхний зарчим нь шинэ физик хэмжигдэхүүнийг авч үзэх болно - дотоод энерги, мөн энэ хувьсагчийн шинж чанарыг тайлбарласан (постуляци) бөгөөд хамгийн гол нь эрчим хүчийг хадгалах хуулийг дагаж мөрдөх шаардлагатай гэсэн үг юм; дотоод энергийн өргөн цар хүрээтэй байдлыг мөн таамаглаж байна. Эндээс харахад хангалттай мэдлэггүйгээр тодорхой үйл явц дахь дотоод энергийн өөрчлөлтийг дулаан, ажил (ялангуяа дулаан, ажил, масс дамжуулах ажил) болгон зөв задлах боломжгүй юм. дур зоргоороонэмэлт гэрээнүүд. Үүнд, ялангуяа ажил, дулааны тэмдгийн дүрмүүд орно. Өөр нэг тохиролцоо бол албан ёсны үндэслэлээр бид химийн урвалын дотоод энергийн өөрчлөлтийг (халуунаар дулааны эффект гэж нэрлэдэг) ажилтай холбон тайлбарлахаас өөр аргагүй болсон (практикт ашиглагдаагүй тусгай нэр томъёо ч бий болсон " химийн ажил"; тэнцвэргүй термодинамикийн хувьд албан ёсны шалтгаанаар үрэлтийн дулааныг ажил гэж үздэг).
Термодинамикийн математик аппарат (болон физикийн бусад салбар) нь зөвхөн байгалийн хуулиас хамаардаг гэдгийг онцлон тэмдэглэе. төрөл бүрийнгэрээ хэлцлүүд (заримдаа тодорхой, заримдаа далд хэлбэрээр) байдаг түүхэн үндэсмөн бидэнд бага (заримдаа илүү) танил бус бусад гэрээгээр солихыг зөвшөөрөх. Гэрээ байгуулахдаа дур зоргоороо авирлах зэрэг нь ихэвчлэн объектив эсвэл хязгаарлагддаг субъектив хүчин зүйлүүд. Үүнийг орлуулах жишээгээр тайлбарлая лавлах цэгүүдтемпературын хувьд. Хамгийн ойлгомжтой сонголт бол ашигласан хувилбар руу шилжих явдал юм өдөр тутмын амьдрал температурын хуваарьЦельсийн. Ийм орлуулалт нь бидний хэрэглэж заншсан томьёог бага зэрэг, гэхдээ төвөгтэй болгоход хүргэдэг бөгөөд тэдгээр нь арай гоёмсог харагддаг боловч шинэ болон хуучин томъёог ашиглан тооцоолол ижил үр дүнг өгдөг нь туйлын тодорхой юм.
Дээрх санаанууд нь энгийн бөгөөд нэлээд ойлгомжтой мэт санагдах боловч өчүүхэн биш юмаа гэхэд бодит байдал дээр мартагддаг. Нэгдүгээр зарчмын хувьд эдгээр хачирхалтай мэт үнэнийг үл тоомсорлох нь Моллерын нэрлэсэн нөхцөл байдалд хүргэсэн. хачин тохиолдолфизикийн түүхэнд". Тухайлбал, дотоод энергийн өөрчлөлтийг дулаан, ажилд хуваах дүрмийг өөрчлөх нь математикийн аппаратыг өөрчлөхөд хүргэж, 20-р зууны хоёрдугаар хагаст энэ хоёрын аль нь вэ гэсэн маргааны үндэс болсон юм. бүхий SRT-релятивистик термодинамикийн логик алдаагүй хувилбарууд янз бүрийн томъёоТемпературын өөрчлөлтүүд - Планк (1907) эсвэл Отт (1963) - илүү зөв. Онолчдын хоорондох хэлэлцүүлэг хэдэн жилийн турш үргэлжилж, де Бройль Планк ба Отт нарын дүгнэлтийн зөрүү нь дулааны тодорхойлолтын дур зоргоороо, тэдгээрийн үр дүн нь хоорондоо зөрчилддөггүй болохыг харуулах хүртэл үргэлжилсэн. өөр өөр хэл. Релятивист термодинамикийн орчин үеийн хувилбаруудад тэд ерөнхийдөө Лоренц-инвариант үнэмлэхүй температурыг (ван Кампен, Ландсберг, Шмутцер гэх мэт) шийдвэрлэхийг илүүд үздэг. Оттын нийтлэлийг нийтлэхээс өмнө "ажил" ба "дулаан" гэсэн ойлголтын тодорхойлолтын дур зоргоороо яагаад хэнийг ч гайхшруулж, зовоосонгүй вэ? Тийм ээ, практик дээр дулаан эсвэл тодорхой үйл явцын ажлын талаар ярихдаа энэ үйл явц дахь термодинамик потенциалын аль нэгийг өөрчлөхийг хэлдэг байсан бөгөөд ингэснээр "дулаан" ба "ажил" гэсэн ойлголтыг тайлбарлах тодорхой бус байдлыг тойрч гардаг. . Жишээлбэл, химийн урвалын явцад гүйцэтгэсэн ажлыг уламжлал ёсоор "урвалын дулааны эффект" гэж нэрлэдэг байсан нь хэнийг ч зовоодоггүй бөгөөд ямар ч илэрхий парадокс эсвэл хүсээгүй үр дагаварт хүргэсэнгүй.
Термодинамикийн хоёрдугаар хуулийн мөн чанар нь аксиоматик хандлагын үүднээс дараах байдалтай байна. Дулааны үзэгдлийг тайлбарлахын тулд "дотоод энерги" хувьсах хэмжигдэхүүн хангалтгүй бөгөөд тэнцвэрийн системийн хувьд өөр нэг шинэ зүйл шаардлагатай. физик хэмжигдэхүүнбие даасан хувьсагч болгон. Ийм температурыг сонгох нь логик байх болно, гэхдээ шинжлэх ухааны хөгжлийн зам нь эргэлдэж, хоёр дахь нь орчин үеийн томъёололэнтропи байгаа эсэх, түүний шинж чанаруудын талаархи постулатуудын багц юм; Жишээлбэл, энтропийн өргөн хүрээг хамарсан гэж үздэг. Хамгийн чухал постулатуудын нэг бол юу гэж нэрлэгддэг термодинамик температурдотоод энерги ба энтропийн функц нь үнэмлэхүй температурын шинж чанартай байдаг. Энэхүү арга нь "ажил" ба "дулаан" гэсэн ойлголтуудын тодорхойлолтод дурдсан дур зоргоороо байдлыг тойрч гарах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь хоёр дахь зарчмын сонгодог томъёоллын илэрхий гоёмсог байдлыг үгүйсгэдэг. Термодинамикийн аксиоматикийг бие даасан хувьсагч нь энтропи биш, харин температур гэж тооцож болно гэдгийг тэмдэглэе. Үүний тулд бид одоохондоо бэлэн болоогүй байгаа термодинамикийн танил математикийн аппарат эсвэл аксиомын үндсэн системийн зохицолыг золиослох ёстой.
Гурав дахь хууль нь хоёрдугаар хуулийн аксиомын системийг нөхөж, нөхдөг.
Термодинамикийн үндэслэсэн аксиомууд (эхлэл, постулатууд) нь гурав, бүр дөрөв биш (хэрэв та тэг эхлэлийг тоолвол) тул дугаарлахаа больсон. Эцэст нь, термодинамик дахь аксиом, тохиролцоо, теоремоос гадна "зарчмууд" (жишээлбэл, тэнцвэрт термодинамик дахь термодинамикийн зөвшөөрөгдөх байдлын Путиловын зарчим эсвэл тэнцвэргүй термодинамик дахь Кюригийн зарчим) байдаг, өөрөөр хэлбэл: байгалийн хуулиудын үүрэгт дүр эсгэж болохгүй. Тэдгээрийг термодинамикийн аксиомууд эсвэл теоремуудтай андуурч болохгүй, тэдгээрийн нэр нь "зарчим" (Нернст зарчим, Ле Шателье-Брауны зарчим) гэсэн үг юм.
Тэмдэглэл
Парадоксууд
бас үзнэ үү
Уран зохиол
- Базаров I.P.Термодинамик. М.: төгссөн сургууль, 1991, 376 х.
- Базаров И.П., Геворкян Е.В., Николаев П.Н.Тэнцвэргүй термодинамик ба физик кинетик. М .: Москвагийн Улсын Их Сургуулийн хэвлэлийн газар, 1989 он.
- Базаров I.P.Термодинамик дахь буруу ойлголт ба алдаа. Эд. 2 дахь хувилбар М.: Редакцийн URSS, 2003. 120 х.
- Базаров I.P.Статистикийн физик, термодинамикийн арга зүйн асуудлууд. М .: Москвагийн Улсын Их Сургуулийн хэвлэлийн газар, 1979 он.
- Гиббс Ж.В.Термодинамик. Статистикийн механик. Цуврал: Шинжлэх ухааны сонгодог бүтээл. М.: Наука 1982. 584 х.
- De Groot S.R.Эргэшгүй үйл явцын термодинамик. М .: Төр. Техникийн онолын хэвлэлийн газар. lit., 1956. 280 х.
- Де Гроот С., Мазур П.Тэнцвэргүй термодинамик. М.: Мир, 1964. 456 х.
- Гуров К.П.Буцахгүй үйл явцын феноменологийн термодинамик (физик суурь). - М .: Шинжлэх ухаан, Бүлэг. ed. физик-математикийн уран зохиол, 1978. 128 х.
- Гярмати И.Тэнцвэргүй термодинамик. Талбайн онол ба вариацын зарчим. М.: Мир, 1974. 404 х.
- Зубарев Д.Н.Тэнцвэргүй байдал статистик термодинамик. М.: Наука, 1971. 416 х.
- Карно С., Клаузиус Р., Томсон В. (Лорд Келвин), Больцманн Л., Смолучовский М.Эд. болон тайлбар ба оршил: Тимирязев А.К. Термодинамикийн хоёр дахь хууль. Антологи. 2-р хэвлэл. Цуврал: Физик-математикийн өв: физик (термодинамик ба статистик механик). - М .: LKI хэвлэлийн газар, 2007. - 312 х.
- Квасников I.A.
