Termodinamika - shkenca e ndërkonvertimeve forma të ndryshme energjinë dhe ligjet e këtyre transformimeve. Termodinamika bazohet vetëm në ligjet objektive të zbuluara eksperimentalisht të shprehura në dy parimet bazë të termodinamikës.
Studimet termodinamike: 1. Kalimet e energjisë nga një formë në tjetrën, nga një pjesë e sistemit në tjetrën; 2. Efektet energjetike që shoqërojnë procese të ndryshme fizike dhe kimike dhe varësia e tyre nga kushtet e këtyre proceseve; 3. Mundësia, drejtimi dhe kufijtë e shfaqjes spontane të proceseve në kushtet në shqyrtim. Duhet theksuar se termodinamika klasike ka kufizimet e mëposhtme:
1.Termodinamika nuk merr parasysh strukturën e brendshme trupat dhe mekanizmi i proceseve që ndodhin në to; 2. Termodinamika klasike studion vetëm sistemet makroskopike;
3. Në termodinamikë nuk ekziston koncepti i "kohës".
Konceptet themelore të termodinamikës.
Sistemi termodinamik- një trup ose grup trupash që ndërveprojnë, mendërisht ose në fakt të izoluar nga mjedisi.
Sistemi homogjen– një sistem brenda të cilit nuk ka sipërfaqe që ndajnë pjesë të sistemit (faza) që ndryshojnë në veti.
Sistemi heterogjen- një sistem brenda të cilit ka sipërfaqe që ndajnë pjesë të sistemit që ndryshojnë në veti.
Faza– një grup pjesësh homogjene të një sistemi heterogjen, identike në vetitë fizike dhe kimike, të ndara nga pjesët e tjera të sistemit me ndërfaqe të dukshme.
Sistem i izoluar- një sistem që nuk shkëmbehet me mjedisi as materie as energji. Sistemi i mbyllur- një sistem që shkëmben energji me mjedisin, por nuk shkëmben materie.
Sistemi i hapur - një sistem që shkëmben si lëndën ashtu edhe energjinë me mjedisin Tërësia e të gjitha vetive fizike dhe kimike të sistemit gjendje termodinamike. Të gjitha sasitë që karakterizojnë çdo veti makroskopike të sistemit në shqyrtim janë parametrat e statusit. Është vërtetuar eksperimentalisht se për të karakterizuar në mënyrë të qartë një sistem të caktuar është e nevojshme të përdoret një numër i caktuar parametrash të quajtur të pavarur; të gjithë parametrat e tjerë konsiderohen si funksione të parametrave të pavarur. Parametrat që mund të maten drejtpërdrejt, si temperatura, presioni, përqendrimi, etj., zakonisht zgjidhen si parametra të gjendjes së pavarur. Çdo ndryshim gjendje termodinamike sistemi (ndryshon të paktën një parametër të gjendjes) është procesi termodinamik.
Procesi i kthyeshëm - një proces që lejon sistemin të kthehet në gjendjen e tij origjinale pa mbetur asnjë ndryshim në mjedis.
Procesi i ekuilibrit– një proces në të cilin një sistem kalon nëpër një seri të vazhdueshme gjendjesh ekuilibri.
Energjisë- një masë e aftësisë së sistemit për të kryer punë; të përgjithshme masë cilësore lëvizja dhe ndërveprimi i materies. Energjia është një veti integrale e materies. Të dallojë energji potenciale, shkaktuar nga pozicioni i trupit në fushën e forcave të caktuara, dhe energjia kinetike, shkaktuar nga një ndryshim në pozicionin e trupit në hapësirë.
Energjia e brendshme e sistemit– shuma e kinetike dhe energji potenciale të gjitha grimcat që përbëjnë sistemin. Ju gjithashtu mund të përcaktoni energjinë e brendshme të një sistemi si energjinë totale të tij minus energjinë kinetike dhe potenciale të sistemit në tërësi.
4.Formulimet bazë të parimit të parë termodinamika. Ligji i parë i termodinamikës është ligji i ruajtjes së energjisë, një prej ligjet universale natyra (së bashku me ligjet e ruajtjes së momentit, ngarkesës dhe simetrisë): Energjia është e pathyeshme dhe e pakrijuar; ai mund të kalojë nga një formë në tjetrën vetëm në përmasa ekuivalente. Ligji i parë i termodinamikës është një postulat - nuk mund të vërtetohet logjikisht ose rrjedh nga ndonjë më shumë dispozitat e përgjithshme. E vërteta e këtij postulati konfirmohet nga fakti se asnjë nga pasojat e tij nuk kundërshton përvojën. Këtu janë disa formulime të tjera të ligjit të parë të termodinamikës:
Energjia totale sistem i izoluar e përhershme; e pamundur makinë me lëvizje të përhershme e llojit të parë (motor që kryen punë pa harxhuar energji). Ligji i parë i termodinamikës vendos marrëdhënien midis nxehtësisë Q, punës A dhe ndryshimit energjia e brendshme Sistemet ΔU:
Ndryshimi në energjinë e brendshme të një sistemi është i barabartë me sasinë e nxehtësisë që i jepet sistemit minus sasinë e punës së bërë nga sistemi kundër forcave të jashtme.(1) (2) Ekuacioni (I.1) është një paraqitje matematikore e ligjit të 1-rë të termodinamikës për një fundme, ekuacioni (I.2) për një ndryshim pafundësisht të vogël në gjendjen e sistemit.
Energjia e brendshme është funksion i gjendjes; kjo do të thotë që ndryshimi i energjisë së brendshme ΔU nuk varet nga rruga e kalimit të sistemit nga gjendja 1 në gjendjen 2 dhe është e barabartë me diferencën midis vlerave të energjisë së brendshme U 2 dhe U 1 në këto gjendje:
Duhet theksuar se për të përcaktuar vlere absolute energjia e brendshme e sistemit është e pamundur; termodinamika është e interesuar vetëm për ndryshimin e energjisë së brendshme gjatë një procesi.
5. Zbatimi i ligjit të parë të termodinamikës në procese të ndryshme .
Le të shqyrtojmë zbatimin e ligjit të parë të termodinamikës për të përcaktuar punën e bërë nga një sistem gjatë proceseve të ndryshme termodinamike.
Procesi izokorik (V= konst; ΔV=0).
Meqenëse puna e zgjerimit është e barabartë me produktin e ndryshimit të presionit dhe vëllimit, për një proces izokorik fitojmë:
Procesi izotermik (T=konst).
Nga ekuacioni i gjendjes së një mol gaz ideal marrim:
(I.6) Nga këtu:
Duke integruar shprehjen (I.6) nga V 1 në V 2, marrim
Procesi izobarik (P=konst).
Zëvendësimi i shprehjeve që rezultojnë në punë procese të ndryshme në ekuacionin (I.1), për efektet termike të këtyre proceseve marrim:
Në ekuacionin (I.12) grupojmë variabla me të njëjtat indekse. Ne marrim:
Le të prezantojmë veçori e re gjendja e sistemit - entalpi H, në mënyrë identike e barabartë me shumën energjia e brendshme dhe produkti i presionit dhe vëllimit:
Pastaj shprehja (I.13) transformohet në formën e mëposhtme:
Kështu, efekti termik i një procesi izobarik është i barabartë me ndryshimin në entalpinë e sistemit.
Procesi adiabatik (Q=0).
Në një proces adiabatik, puna e zgjerimit kryhet për shkak të zvogëlimit të energjisë së brendshme të gazit:
Nëse Cv nuk varet nga temperatura (që është e vërtetë për shumë gazra realë), puna e bërë nga gazi gjatë zgjerimit të tij adiabatik është drejtpërdrejt proporcionale me ndryshimin e temperaturës:
Ligji i Hesit.
Efektet termike që shoqërojnë shfaqjen e reaksioneve kimike janë objekt i njërës prej degëve të termodinamikës kimike - termokimisë. Le të përcaktojmë disa koncepte të termokimisë.
Nxehtësia e formimit të një substance është efekti termik i reaksionit të formimit të 1 mol të një substance komplekse nga ato të thjeshta. Nxehtësia e formimit substanca të thjeshta merren të barabarta me zero.
Nxehtësia e djegies së një substance është efekti termik i reaksionit të oksidimit të 1 mol të një lënde në oksigjen të tepërt ndaj oksideve më të larta të qëndrueshme.
Nxehtësia e tretësirës është efekti termik i procesit të tretjes së 1 mol të një lënde në një sasi pafundësisht të madhe tretësi. Nxehtësia e tretësirës përbëhet nga dy komponentë: nxehtësia e shkatërrimit rrjetë kristali(për një të ngurtë) dhe nxehtësia e tretësirës:
Meqenëse ΔН cr.resh është gjithmonë pozitiv (është e nevojshme të shpenzohet energji për të shkatërruar rrjetën kristalore), dhe zgjidhja ΔН është gjithmonë negative, shenja e ΔН sol përcaktohet nga relacioni vlerat absoluteΔН cr.zgjidh. dhe zgjidhja ΔН:
Ligji bazë i termokimisë është ligji i Hesit, i cili është një rast i veçantë i ligjit të parë të termodinamikës:
Efekt termik reaksion kimik kryhet në kushte izobarike-izotermike ose izokorik-izotermike, varet vetëm nga lloji dhe gjendja materialet fillestare dhe produkteve të reaksionit dhe nuk varet nga rruga e shfaqjes së tij.
Më lart u tregua se ndryshimi në entalpinë ΔΝ (efekti termik i procesit izobarik Q p) dhe ndryshimi në energjinë e brendshme ΔU (efekti termik i procesit izokorik Q v) nuk varen nga rruga përgjatë së cilës sistemi kalon nga gjendjen fillestare në gjendjen përfundimtare.
Sipas ligjit të Hess-it, efektet termike të të gjitha këtyre reaksioneve lidhen me marrëdhëniet e mëposhtme:
Përfundim nga ligji i Hesit.
Rëndësia praktike Ligji i Hess-it është se lejon llogaritjen e efekteve termike proceset kimike. Në llogaritjet termokimike, zakonisht përdoren një numër pasojash nga ligji i Hess:
1. Efekti termik i reaksionit përpara është i barabartë në madhësi dhe i kundërt në shenjë me efektin termik të reaksionit të kundërt (ligji Lavoisier-Laplace).2. Për dy reaksione që kanë të njëjtat gjendje fillestare, por të ndryshme përfundimtare, ndryshimi në efektet termike është efekti termik i kalimit nga një gjendje përfundimtare në tjetrën.
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. Për dy reaksione që kanë gjendje fillestare përfundimtare të njëjta, por të ndryshme, ndryshimi në efektet termike është efekti termik i kalimit nga një gjendje fillestare në tjetrën.
C (diamant) + O 2 ––> CO 2 ΔH 1
C (grafit) + O 2 ––> CO 2 ΔH 2
C (diamant) ––> C (grafit) ΔH 3
4. Efekti termik i një reaksioni kimik e barabartë me diferencën shumat e nxehtësisë së formimit të produkteve të reaksionit dhe materialeve fillestare, të shumëzuara me koeficientët stoikiometrikë.
5. Efekti termik i një reaksioni kimik është i barabartë me diferencën midis shumave të nxehtësisë së djegies së substancave fillestare dhe produkteve të reaksionit, shumëzuar me koeficientët stoikiometrikë.
8. Varësia efekt termik reagimet nga temperatura. Ligji i Kirchhoff-it
NË rast i përgjithshëm Efekti termik i një reaksioni kimik varet nga temperatura dhe presioni në të cilin kryhet reaksioni. Ndikimi i presionit në reaksionet ΔH dhe ΔU zakonisht neglizhohet. Ndikimi i temperaturës në madhësinë e efekteve termike përshkruhet nga ligji i Kirchhoff:
Koeficienti i temperaturës Efekti termik i një reaksioni kimik është i barabartë me ndryshimin në kapacitetin termik të sistemit gjatë reaksionit. Le të dallojmë ΔΝ dhe ΔU sipas temperaturës në presion dhe temperaturë konstante, përkatësisht:
Derivatet e entalpisë dhe energjisë së brendshme të një sistemi në lidhje me temperaturën janë kapacitetet e nxehtësisë së sistemit në kushte izobarike dhe izokorike Cp dhe Cv, përkatësisht:
Duke zëvendësuar shprehjet (I.24, I.25) në (I.22, I.23), marrim shënimi matematik Ligji i Kirchhoff:
Për një proces kimik, ndryshimi në kapacitetin e nxehtësisë përcaktohet nga një ndryshim në përbërjen e sistemit dhe llogaritet si më poshtë.
Përkufizimi: Termodinamika - shkenca e ligjeve të transformimit të energjisë.
Koncepti përdoret gjerësisht në termodinamikë sistemi termodinamik.
Përkufizimi: sistemi termodinamik është një koleksion trupash materiale që ndërveprojnë si me njëri-tjetrin ashtu edhe me mjedisin. Quhen të gjithë trupat që ndodhen jashtë kufijve të sistemit në shqyrtim mjedisi.
Meqenëse i njëjti trup, e njëjta substancë në kushte të ndryshme mund të jetë në shtete të ndryshme, (shembull: icevwatervsteam, një substancë në temperatura të ndryshme), për lehtësi, futen karakteristikat e gjendjes së substancës - të ashtuquajturat parametrat e statusit.
Le të rendisim parametrat kryesorë të gjendjes së materies:
Temperatura e trupit - përcakton drejtimin e transferimit të mundshëm spontan të nxehtësisë ndërmjet trupave.
Aktualisht, ekzistojnë disa shkallë të temperaturës dhe njësi të matjes së temperaturës në botë. Shkalla më e zakonshme e Celsiusit në Evropë, ku temperatura zero është pika e ngrirjes së ujit në presionin atmosferik, dhe pika e vlimit të ujit në presionin atmosferik merret të jetë 100 gradë Celsius (ºC). Në Amerikën e Veriut, përdoret shkalla Fahrenheit. Për llogaritjet termodinamike, shkalla absolute ose Kelvin është shumë e përshtatshme. Zero në këtë shkallë merret si temperatura e zeros absolute në këtë temperaturë pushon e gjithë lëvizja termike në një substancë. Numerikisht, një shkallë në shkallën Kelvin është e barabartë me një shkallë në shkallën Celsius.
Temperatura e shprehur në shkallë absolute, thirri temperaturë absolute.
Marrëdhënia për konvertimin nga Celsius në Kelvin:
T [K] = t [º C] + 273,15
T-temperatura në Kelvin;
t v temperatura në gradë Celsius.
Presioni - përfaqëson forcën që vepron normalisht në sipërfaqen e trupit dhe për njësi të sipërfaqes së kësaj sipërfaqeje.
Njësi të ndryshme matëse përdoren për të matur presionin. Njësia standarde e matjes SI është Pascal (Pa).
Raporti ndërmjet njësive:
1 bar = 10 5 Pa
1 kg/cm 2 (atmosferë) = 9,806710 4 Pa
1 mmHg st (milimetër merkur) = 133 Pa
1 mm ujë Art. (milimetri i kolonës së ujit) = 9,8067 Pa
Dendësia - raporti i masës së një lënde me vëllimin e zënë nga ajo substancë.
Vëllimi specifik - reciproku i dendësisë d.m.th. raporti i vëllimit të zënë nga një substancë me masën e saj.
Përkufizimi: Nëse në një sistem termodinamik ndryshon të paktën një nga parametrat e çdo trupi të përfshirë në sistem, atëherë sistemi përjetonprocesi termodinamik .
Parametrat kryesorë termodinamikë të gjendjes P, V, T të një trupi homogjen varen nga njëri-tjetri dhe lidhen reciprokisht nga ekuacioni i gjendjes:
Për një gaz ideal, ekuacioni i gjendjes shkruhet si:
P - presioni
v - vëllim specifik
T - temperatura
R - konstante e gazit (çdo gaz ka vlerën e vet)
Nëse ekuacioni i gjendjes është i njohur, atëherë për të përcaktuar gjendjen e sistemeve më të thjeshta mjafton të njihen dy variabla të pavarur nga 3.
P = f1 (v, t); v = f2 (P, T); T = f3 (v, P)
Proceset termodinamike shpesh përshkruhen në grafikët e gjendjes, ku parametrat e gjendjes vizatohen përgjatë boshteve. Pikat në rrafshin e një grafi të tillë korrespondojnë me një gjendje të caktuar të sistemit, linjat në grafik korrespondojnë me proceset termodinamike që transferojnë sistemin nga një gjendje në tjetrën.
Le të shqyrtojmë një sistem termodinamik të përbërë nga një trup - pak gaz në një enë me piston, dhe anija dhe pistoni janë në në këtë rastështë mjedisi i jashtëm. Supozoni, për shembull, që gazi nxehet në një enë, dy raste janë të mundshme:
1) Nëse pistoni është i fiksuar dhe vëllimi nuk ndryshon, atëherë presioni në enë do të rritet. Ky proces quhet izokorik(v=const), që funksionon me një vëllim konstant;
Proceset izokorike në koordinatat P - T:
v 1 >v 2 >v 3
2) Nëse pistoni është i lirë, atëherë gazi i ndezur do të zgjerohet me presion konstant, ky proces quhet izobarike(P=konst), duke shkuar në presion konstant.
Proceset izobarike në koordinatat v - T
P 1 > P 2 > P 3
Nëse, duke lëvizur pistonin, ndryshoni vëllimin e gazit në enë, atëherë do të ndryshojë edhe temperatura e gazit, megjithatë, duke ftohur enën gjatë ngjeshjes së gazit dhe ngrohjen gjatë zgjerimit, mund të arrini që temperatura të jetë konstante. me ndryshime në vëllim dhe presion, ky proces quhet izotermike(T=konst).
Proceset izotermike në koordinatat P-v
Një proces në të cilin nuk ka shkëmbim nxehtësie midis sistemit dhe mjedisit quhet adiabatike, ndërsa sasia e nxehtësisë në sistem mbetet konstante (Q=konst). Ne jeten e vertete proceset adiabatike nuk ekziston sepse nuk është e mundur të izolohet plotësisht sistemi nga mjedisi. Sidoqoftë, shpesh ndodhin procese në të cilat shkëmbimi i nxehtësisë me mjedisin është shumë i vogël, për shembull, ngjeshja e shpejtë e gazit në një enë nga një pistoni, kur nxehtësia nuk ka kohë të hiqet për shkak të ngrohjes së pistonit dhe enës.
Grafiku i përafërt i një procesi adiabatik në koordinatat P - v
Përkufizimi: Procesi rrethor (Cikli) - është një grup procesesh që e kthejnë sistemin në gjendjen e tij origjinale. Mund të ketë çdo numër procesesh të veçanta në një lak.
Koncepti i një procesi rrethor është thelbësor për ne në termodinamikë, pasi funksionimi i një termocentrali bërthamor bazohet në një cikël me avull-ujë, me fjalë të tjera, ne mund të konsiderojmë avullimin e ujit në bërthamë, rrotullimin e rotorit të turbinës. nga avulli, kondensimi i avullit dhe rrjedhja e ujit në bërthamë si një lloj procesi ose cikli i mbyllur termodinamik.
Nxehtësia dhe puna.
Trupat që marrin pjesë në proces shkëmbejnë energji me njëri-tjetrin. Energjia e disa trupave rritet, ndërsa të tjerëve ulet. Transferimi i energjisë nga një trup në tjetrin ndodh në 2 mënyra:
Metoda e parë e transferimit të energjisë përmes kontaktit të drejtpërdrejtë të trupave që kanë temperatura të ndryshme, përmes shkëmbimit të energjisë kinetike midis molekulave të trupave kontaktues (ose transferimit rrezatues duke përdorur valë elektromagnetike).
Energjia transferohet nga një trup më i nxehtë në një trup më pak të nxehtë.
Energjia e lëvizjes kinetike të molekulave quhet termike, prandaj kjo metodë e transferimit të energjisë quhet transferim i energjisë në formën e nxehtësisë. Sasia e energjisë së marrë nga një trup në formën e nxehtësisë quhet ngrohje e furnizuar(raportohet), dhe sasia e energjisë së dhënë nga trupi në formën e nxehtësisë - hoqi nxehtësinë(e zënë).
Emërtimi i zakonshëm për nxehtësinë është Q, dimensioni është J. Në llogaritjet praktike, raporti i nxehtësisë ndaj masës bëhet i rëndësishëm - ngrohje specifike shënohet me q dimension J/kg.
Nxehtësia e dhënë është pozitive, nxehtësia e hequr është negative.
Metoda e dytë e transferimit të energjisë shoqërohet me praninë e fushave të forcës ose presionit të jashtëm. Për të transferuar energji në këtë mënyrë, trupi ose duhet të lëvizë në një fushë force ose të ndryshojë vëllimin e tij nën ndikimin e presionit të jashtëm.
Kjo metodë quhet transferimi i energjisë në formën e punës.
Nëse, si shembull i një trupi, marrim një gaz në një enë me piston, atëherë në rastin e aplikimit të një force të jashtme në piston, gazi kompresohet - punohet në trup, dhe në rastin e zgjerimin e gazit në enë, punën, lëvizjen e pistonit, e kryen vetë trupi (gazi).
Sasia e energjisë që merr një trup në formë pune quhet puna e bërë në trup, dhe e dhënë - puna e shpenzuar nga trupi.
Zakonisht shënohet sasia e energjisë në formën e punës L dimensioni J. Punë specifike- tregohet raporti i punës me peshën trupore l dimensioni - J/kg.
Përkufizimi: Trupi i punës - një sasi e caktuar e një lënde që, duke marrë pjesë në ciklin termodinamik, kryen punë të dobishme.
Lëngu i punës në impiantin e reaktorit RBMK është uji, i cili pasi avullohet në bërthamë në formë avulli, kryen punë në turbinë, duke rrotulluar rotorin.
Përkufizimi: Transferimi i energjisë në një proces termodinamik nga një trup në tjetrin, i shoqëruar me një ndryshim në vëllimin e lëngut të punës, me lëvizjen e tij në hapësirën e jashtme ose me një ndryshim në pozicionin e tij quhetpunën e procesit .
Çfarë është termodinamika
Përkufizimi
Termodinamika është pjesa më e rëndësishme e fizikës. Gjetjet e tij përdoren në xhiro- dhe aerodinamikë, optikë, kimia fizike shumë shkenca të tjera dhe zhvillime të aplikuara.
Termodinamika u ngrit në fillimi i XIX shekulli. Në atë kohë, inxhinieria e ngrohjes filloi zhvillimin e saj. Ajo u bë termodinamika bazë teorike. Qëllimi i tij në atë kohë ishte të studionte modelet që përcaktojnë proceset e shndërrimit të nxehtësisë në punë mekanike përdorimi i motorëve me nxehtësi dhe kërkimi i kushteve në të cilat efikasiteti i transformimeve të tilla është maksimal. Bazat e termodinamikës u hodhën në veprat e tij nga Saadi Carnot, një inxhinier dhe fizikant francez që studioi motorët me nxehtësi. Në atë kohë, nxehtësia ende konsiderohej si një substancë e caktuar - kalorike, e cila nuk ka masë dhe nuk mund të krijohet e as të shkatërrohet. Më pas, termodinamika shkoi përtej kufijve të një problemi të ngushtë teknik. Përmbajtja kryesore e termodinamikës moderne është studimi i ligjeve të formës termike të lëvizjes së materies dhe fenomeneve të lidhura me to.
Çfarë procesesh studion termodinamika?
Termodinamika studion proceset makroskopike që ndodhin në trupa dhe sisteme trupash. Kjo shkencë nuk përdor hipoteza dhe ide të veçanta për strukturën e materies. Nuk bën pyetje për natyrën e nxehtësisë. Përfundimet e termodinamikës bazohen në parime (parime) të përgjithshme, të cilat përftohen duke përgjithësuar të dhënat empirike.
Termodinamika studion vetëm gjendjet e ekuilibrit termodinamik të sistemeve ose proceset shumë të ngadalta që mund të përfaqësohen nga një grup ekuilibri. Kjo shkencë studion gjithashtu ligjet e kalimit nga një gjendje ekuilibri tek një tjetër.
Përfundimet e termodinamikës janë shumë të përgjithshme, pasi ato janë marrë pa përdorur modele të thjeshtuara. Termodinamika merr shumë ekuacione nga përvoja, ose molekularisht - teoria kinetike. Por këtu duhet theksuar se praktika ka treguar se aksiomat e termodinamikës kanë kufij zbatueshmërie. Kështu, termodinamika klasike është e dobët e zbatueshme në sistemet me madhësi të vogla, pasi nuk merr parasysh luhatjet e gjendjes, të cilat kanë një rëndësi të madhe në mikrobotë.
Pra, ne përcaktojmë idenë bazë të termodinamikës si më poshtë:
Ideja themelore e termodinamikës
Sistemet makroskopike përbëhen nga sasi e madhe grimcat. Gjendjet e sistemit karakterizohen nga parametra shumë specifikë. Çdo sistem i bindet ligjit të ruajtjes së energjisë.
Në termodinamikë, ligji i ruajtjes së energjisë formulohet si parime të termodinamikës. Sjellja e makrosistemit përshkruhet në bazë të parimeve të termodinamikës. Janë tre parime të formuluara në termodinamikë. Parimi i parë është pasojë e ligjit të ruajtjes së energjisë:
Ligji i parë i termodinamikës
\[\delta Q=dU+\delta A\ \majtas(1\djathtas),\]
ku $\delta Q$ është elementi i nxehtësisë (ose një sasi pafundësisht e vogël) e furnizuar në sistemin termodinamik. Studimi i lëvizjes dhe shndërrimeve të kësaj forme energjie është subjekt i termodinamikës, $dU$ është ndryshimi në energjinë e brendshme të sistemit, $\delta A$ -- punë bazë. Këtu janë caktuar sasi infinite të vogla simbole të ndryshme(d dhe $\delta $), kjo është e qëllimshme. Për të theksuar se vetitë e këtyre sasive të vogla janë të ndryshme. Ligji i parë i termodinamikës nuk jep asnjë ide për drejtimin e procesit. Prandaj, një fillim i dytë është i nevojshëm. Është kjo që karakterizon drejtimin e proceseve në termodinamikë. Ekzistojnë disa formulime të ligjit të dytë të termodinamikës. Ato ndryshojnë në formë, por në kuptim janë ekuivalente. Këtu është një nga formulimet e dhëna nga Thompson (Lord Kelvin):
Ligji i dytë i termodinamikës
“Një proces rrethor është i pamundur, rezultati i vetëm i të cilit do të ishte prodhimi i punës duke reduktuar energjinë e brendshme të rezervuarit termik”.
E treta vendos kufizime në procese. Le ta formulojmë:
Ligji i tretë i termodinamikës
« Zero absolute të paarritshme përmes numër i kufizuar operacionet."
Aparati matematikor i termodinamikës është teoria forma diferenciale dhe ekuacionet diferenciale të pjesshme.
Detyrë: Një gaz monatomik ideal i nënshtrohet një procesi ciklik (Fig. 1).
Përcaktoni Efikasiteti i ciklit, nëse dihen $V_1,\ V_2, $ $p_1,\ p_2$.
Efikasiteti ($\eta $) i ciklit në këtë rast përcaktohet me lehtësi si:
\[\eta =\frac(A)(Q^+)\majtas(1.1\djathtas),\]
ku A është puna e bërë nga gazi në një proces rrethor, $Q^+$ është sasia e nxehtësisë që i jepet gazit nga ngrohësi.
Procesi rrethor (cikli), i cili është paraqitur në Fig. 1, përbëhet nga katër procese të njëpasnjëshme. Le të përcaktojmë se në cilat procese furnizohet nxehtësia. Natyrisht, këto janë proceset AB dhe BC.
Procesi AB është izobarik. Le të shkruajmë ligjin e parë të termodinamikës dhe të gjejmë sasinë e nxehtësisë që çlirohet nga gazi në këtë proces.
\[\trekëndëshi Q=\trekëndëshi U+A\ \majtas(1.2\djathtas).\]
Puna në një proces izobarik mund të gjendet si:
Prandaj, për procesin AB marrim:
Ndryshimi në energjinë e brendshme të gazit gjatë procesit AB ka formulën:
\[\trekëndëshi U_(AB)=\frac(i)(2)\nu R\majtas(T_2-T_1\djathtas)\majtas(1.5\djathtas).\]
Për të gjetur $\left(T_2-T_1\djathtas)$, ne përdorim ekuacionin Mendeleev-Cliperon për një gaz ideal. Le ta shkruajmë për dy gjendje (pikat A dhe B):
\ \
Le të gjejmë ndryshimin midis (1.7) dhe (1.6), marrim:
Duke zëvendësuar (1.8) në (1.5), marrim:
\[\trekëndëshi U_(AB)=\frac(i)(2)p_1\majtas(V_2-V_1\djathtas)\majtas(1.9\djathtas).\]
Prandaj, sasia e nxehtësisë së marrë nga gazi në procesin AB është e barabartë me:
\[\trekëndësh Q_(AB)=p_1\majtas(V_2-V_1\djathtas)+\frac(i)(2)p_1\majtas(V_2-V_1\djathtas)\ (1.10).\]
Tani le të shqyrtojmë procesin izokorik para Krishtit. Për të, sasia e nxehtësisë së transferuar në gaz është e barabartë me:
\[\trekëndëshi Q_(BC)=\trekëndëshi U_(BC\ )\majtas(1.11\djathtas).\]
meqenëse puna në një proces izokorik është zero. Le të gjejmë ndryshimet në energjinë e brendshme këtë proces, duke përdorur ekuacionin ideal të gjendjes së gazit për pikat e diagramit B dhe C:
\ \
Zbresim (1.6) nga (1.7), marrim:
Duke zëvendësuar (1.14) në (1.11) gjejmë $\trekëndësh Q_(BC)$:
\[\trekëndëshi Q_(BC)=\frac(i)(2)((p)_2-\ p_1)V_2(1.15).\]
Ne marrim një shprehje për $Q^+:$
Le të gjejmë punën e bërë nga gazi në një proces rrethor. Është e barabartë me kuptimi gjeometrik integrale të zonës së drejtkëndëshit ABCD, ne shkruajmë në përputhje me rrethanat:
\[\eta =\frac(((p)_2-\ p_1)\majtas(V_2-V_1\djathtas))((\frac(i)(2)(p)_2V_2-p_1V_1)+p_1((V) _2-V_1))\ \majtas(1.18\djathtas).\]
Përgjigje: Efikasiteti i ciklit procesi i dhënë shprehet me formulën: $\eta =\frac(((p)_2-\ p_1)\left(V_2-V_1\djathtas))((\frac(i)(2)(p)_2V_2-p_1V_1)+ p_1(( V)_2-V_1))$.
Detyrë: Në Fig. 2 tregon izotermat AB dhe CD. Krahasoni sasinë e nxehtësisë së marrë nga gazi në proceset I dhe II.
Nëse AB dhe CB janë izotermë, ndryshimet në energjinë e brendshme të gazit në proceset I dhe II janë të njëjta: \[\trekëndëshi U_I=\trekëndëshi U_(II)\left(2.1\djathtas).\]
Puna në procesin I është zero, pasi procesi është izokorik, prandaj sasia e nxehtësisë së marrë nga gazi në procesin I:
\[\trekëndësh Q_I=\trekëndësh U_I\ \majtas(2.2\djathtas).\]
Në procesin II, puna kryhet nga gazi dhe është më i madh se 0 ($A_I>0).\ $
\[\trekëndëshi Q_(II)=\trekëndëshi U_(II)+A=\trekëndëshi U_I+A\ \te \trekëndëshi Q_(II)>\trekëndëshi Q_I\majtas(2.3\djathtas).\]
Përgjigje: Sasia e nxehtësisë së marrë nga gazi në procesin II është më e madhe se sasia e nxehtësisë së marrë nga gazi në procesin I.
Në termodinamikë ata studiojnë më së shumti ligjet e përgjithshme dhe proceset fizike të transformimit të energjisë së brendshme. Besohet se çdo trup material ka energji termale$U$, që varet nga temperaturat e tij.
Para se të shqyrtohen formulat bazë termodinamike, është e nevojshme të përkufizohet termodinamika.
Përkufizimi 1
Termodinamika është një degë e gjerë e fizikës që studion dhe përshkruan proceset që ndodhin në sisteme, si dhe gjendjet e tyre.
Të specifikuara drejtimi shkencor mbështetet në fakte të përgjithësuara që janë marrë në mënyrë empirike. Dukuritë që ndodhin në konceptet termodinamike përshkruhen duke përdorur madhësi makroskopike.
Lista e tyre përfshin parametra të tillë si:
- presioni;
- temperatura;
- përqendrimi;
- energji;
- vëllimi.
Këto parametra nuk janë të zbatueshëm për molekula individuale, por reduktohen në pershkrim i detajuar sistemi në formën e tij të përgjithshme. Shumë zgjidhje që bazohen në ligjet termodinamike mund të gjenden në fushën e energjisë elektrike dhe inxhinierisë termike. Që tregon një kuptim të tranzicionit fazor, proceseve kimike dhe fenomeneve të transportit. Në disa mënyra, termodinamika "bashkëpunon" ngushtë me dinamikën kuantike.
Ekuacioni i gazit ideal në termodinamikë
Figura 1. Puna në termodinamikë. Autor24 - shkëmbim online i punës së studentëve
Përkufizimi 2
Një gaz ideal është një lloj idealizimi, i njëjtë me një pikë materiale.
Molekulat e një elementi të tillë janë pikat materiale, dhe përplasjet e grimcave janë absolutisht elastike dhe konstante. Në problemet në termodinamikë gaze reale shpesh merren si ideale. Është shumë më e lehtë të shkruash formula në këtë mënyrë dhe nuk ke pse të merresh me to një sasi të madhe sasi të reja në ekuacione.
Pra, molekulat e një gazi ideal lëvizin, por për të zbuluar me çfarë shpejtësie dhe masë, duhet të përdorni ekuacionin e gjendjes së një gazi ideal, ose formulën Clapeyron-Mendeleev: $PV = \frac(m)(M )RT$. Këtu $m$ është masa e gazit në studim, $M$ është fillestari i tij masë molekulare, $R$ është një konstante universale e barabartë me 8.3144598 J/(mol*kg).
Në këtë aspekt, masa e një gazi ideal mund të llogaritet edhe si produkt i vëllimit dhe densitetit $m = pV$. Ekziston një lidhje midis energjisë mesatare kinetike $E$ dhe presionit të gazit. Kjo marrëdhënie quhet në fizikë ekuacioni bazë i teorisë kinetike molekulare dhe ka formën: $p = \frac(2)(3)nE$, ku $n$ është përqendrimi i molekulave në lëvizje në raport me vëllimin total, $E $ është koeficienti i mesatares energjia kinetike.
Ligji i parë i termodinamikës. Formulat për izoproceset
Figura 2. Ekuacioni i gjendjes së një gazi ideal. Autor24 - shkëmbim online i punës së studentëve
Ligji i parë termodinamik thotë: sasi ngrohtësia e brendshme, transferuar në gaz, shkon vetëm për të ndryshuar energji totale gazi $U$ dhe puna e bërë nga substanca $A$. Formula e ligjit të parë të termodinamikës është shkruar si më poshtë: $Q = ΔU + A$.
Siç e dini, diçka ndodh gjithmonë me gazin në sistem, sepse ai mund të kompresohet ose nxehet. Në këtë rast, është e nevojshme të merren parasysh proceset që ndodhin në një parametër të qëndrueshëm. Ligji i parë i termodinamikës në rastin izotermik, i cili ndodh në temperaturë konstante, përdor ligjin Boyle-Mariotte.
Si rezultat procesi izotermik Presioni i gazit është në përpjesëtim të zhdrejtë me vëllimin e tij origjinal: $Q = A.$
Izokorik - vërehet në vëllim konstant. Për këtë fenomen zbatohet ligji i Charles, sipas të cilit presioni është drejtpërdrejt proporcional temperatura e përgjithshme. Në një proces izokorik, e gjithë nxehtësia e furnizuar me gazin shkon për të ndryshuar energjinë e tij të brendshme dhe shkruhet në formën e mëposhtme: $Q = ΔA.$
Procesi izobarik - ndodh në presion të vazhdueshëm. Ligji i Gay-Lussac supozon se, në presion konstant të një gazi ideal, vëllimi i tij fillestar është drejtpërdrejt proporcional me temperaturën që rezulton. Në një proces izobarik, nxehtësia përdoret për të kryer punë në gaz dhe për të ndryshuar potencialin e brendshëm të energjisë: $Q = \Delta U+p\Delta V.$
Formula për kapacitetin e nxehtësisë dhe formula kryesore për efikasitetin në termodinamikë
Shënim 1
Nxehtësia specifike në një sistem termodinamik është gjithmonë e barabartë me sasinë e nxehtësisë që lirohet për të ngrohur një kilogram substancë aktive me një gradë Celsius.
Ekuacioni i kapacitetit të nxehtësisë është shkruar si më poshtë: $c = \frac(Q)(m\Delta t)$. Përveç këtij parametri, ekziston edhe një kapacitet termik molar, i cili funksionon me vëllim dhe presion konstant.
Veprimet e saj janë të dukshme në formulën e mëposhtme: $C_v = \frac (i)(2)R$ ku $i$ është numri i shkallëve të lirisë së molekulave të gazit.
Një motor ngrohjeje, në rastin më të thjeshtë, përbëhet nga një frigorifer, një ngrohës dhe një trup material pune. Ngrohësi fillimisht jep nxehtësi substancë fizike dhe bën një sasi të caktuar pune, dhe më pas ftohet gradualisht nga frigoriferi, dhe gjithçka përsëritet në një rreth. Një shembull tipik Një motor ngrohjeje është një motor me djegie të brendshme.
Koeficient veprim i dobishëm pajisja termike llogaritet me formulën: $n = \frac (Q_h-Q_x )(Q_h ).$
Kur studioni bazat dhe ekuacionet e termodinamikës, duhet të kuptoni se sot ekzistojnë dy metoda për të përshkruar proceset fizike, që ndodh në makroskopike trupat materiale: statistikore dhe termodinamike.
Metodat e termodinamikës dhe formulat e saj bëjnë të mundur zbulimin dhe përshkrimin e kuptimit të modeleve eksperimentale në formën e ligjit Mendeleev-Clapeyron. Është e rëndësishme të kuptohet se në konceptet termodinamike, ndryshe nga sistemet fizika molekulare, nuk studiohen ndërveprimet specifike që ndodhin me molekula ose atome të caktuara, por merren parasysh ndërthurjet dhe lidhja e vazhdueshme e llojeve të ndryshme të nxehtësisë, energjisë dhe punës.
Ekuacioni i gjendjes dhe funksionet e tij
Figura 4. Ekuacionet termodinamike të gjendjes. Autor24 - shkëmbim online i punës së studentëve
Kur studiohen makrostatet, përdoren funksionet e gjendjes, të cilat supozojnë një tregues që demonstron gjendje të caktuara të ekuilibrit termodinamik, të pavarur nga sfondi i konceptit dhe metoda e kalimit të tij në gjendjen absolute.
Funksionet kryesore të shtetit në ndërtimin kompetent të termodinamikës janë:
- energjia e brendshme;
- entropia;
- temperatura;
- potencialet termodinamike.
Sidoqoftë, funksionet e gjendjes në termodinamikë nuk janë plotësisht të pavarura, dhe për sistem homogjençdo parim termodinamik mund të shkruhet si shprehje e dy ndryshoreve të pavarura. Marrëdhënie të tilla funksionale quhen ekuacione të gjendjes së përgjithshme.
Sot, dallohen llojet e mëposhtme të ekuacioneve:
- gjendja e ekuacionit termik - përcaktimi i marrëdhënies ndërmjet presionit, temperaturës dhe vëllimit;
- ekuacioni kalorik - që shpreh të brendshëm potenciali energjetik, në funksion të vëllimit dhe temperaturës;
- ekuacioni kanonik i gjendjes - i shkruar si një potencial termodinamik në variablat përkatëse.
Njohja e ekuacionit të gjendjes është shumë e rëndësishme për përdorim në praktikë parimet e përgjithshme termodinamika. Për çdo koncept specifik termodinamik, shprehje të tilla përcaktohen nga përvoja ose nga metodat e mekanikës statistikore, dhe brenda kufijve të termodinamikës ajo konsiderohet e dhënë kur sistemi është përcaktuar fillimisht.
Seksionet e termodinamikës
Termodinamika moderne fenomenologjike zakonisht ndahet në ekuilibër (termodinamika e proceseve të ekuilibrit, e njohur gjithashtu si termodinamika e proceseve kuazi-statike, e njohur gjithashtu si termodinamika klasike) dhe joekuilibri (termodinamika e proceseve joekuilibër, e njohur gjithashtu si termodinamikë procese të pakthyeshme). Termodinamika e ekuilibrit paraqet në konsideratë variabla të reja (d.m.th. ato që nuk janë të përcaktuara në degët e tjera të fizikës), si energjia e brendshme, temperatura, entropia, potenciali kimik, si dhe kombinime të këtyre sasive. Të gjithë quhen parametra termodinamikë (sasi). Tema e shqyrtimit të termodinamikës klasike është marrëdhënia e parametrave termodinamikë me njëri-tjetrin dhe me variablat fizike të futura në konsideratë në degët e tjera të fizikës (masa, presioni, tensioni sipërfaqësor, forca aktuale, etj.). Kimike dhe reaksionet fazore (tranzicionet fazore i llojit të parë) është gjithashtu objekt studimi i termodinamikës klasike, pasi në këtë rast merren parasysh lidhjet midis masave të përbërësve të sistemit dhe potencialeve të tyre kimike. Termodinamika klasike i konsideron variablat termodinamikë si sasi lokale në hapësirë (çdo sistem ndikohet gjithmonë nga të paktën një fushë force - fusha gravitacionale). Koha nuk përfshihet në mënyrë eksplicite në formulat e termodinamikës klasike. Megjithatë, kjo nuk do të thotë aspak se termodinamika klasike merr në konsideratë vetëm gjendjet e sistemit dhe nuk merr parasysh ndryshimet e tyre, pra proceset. Thjesht objekt i vëmendjes së saj janë procese të tilla relativisht të ngadalta (kuazi-statike), për të cilat në secilin ky moment kohë, sistemi mund të konsiderohet të jetë në një gjendje ekuilibri termodinamik (proceset e ekuilibrit). Një proces mund të konsiderohet pothuajse statik nëse koha e tij është shumë më e vogël se koha e relaksimit të sistemit në shqyrtim.
Në termodinamikën jo ekuilibër, variablat konsiderohen si lokale jo vetëm në hapësirë, por edhe në kohë, d.m.th., koha mund të hyjë në formulat e saj në mënyrë eksplicite. Është interesante që puna klasike e Furierit mbi përçueshmërinë termike " Teoria analitike nxehtësia" (1822) i parapriu jo vetëm shfaqjes së termodinamikës jo ekuilibër si një degë e plotë e shkencës (për më shumë se një shekull), por edhe veprës së Carnot "Reflektime mbi forca lëvizëse zjarri dhe rreth makinerive të afta për të zhvilluar këtë forcë" (1824), e cila konsiderohet si pikënisja në historinë e termodinamikës klasike.
2 - Postulati i Kelvinit. Procesi në të cilin puna shndërrohet në nxehtësi pa ndonjë ndryshim tjetër në sistem është i pakthyeshëm, domethënë është e pamundur të shndërrohet e gjithë nxehtësia e marrë nga një burim me temperaturë uniforme në punë pa bërë ndryshime të tjera në sistem.
Për energjinë, teorema e Euler-it ka formën:
Nga këtu rrjedh lehtësisht Ekuacioni Gibbs-Duhem:
Ky ekuacion tregon se ekziston një lidhje midis variablave intensive, e cila është pasojë e supozimit të aditivitetit të vetive të sistemit. Në veçanti, një pasojë e menjëhershme e marrëdhënieve Gibbs-Duhem është shprehja për potencialin termodinamik të Gibbs për sa i përket potencialeve kimike të përbërësve të përzierjes:
Termodinamika e kontinuumeve
Formulimet e mësipërme të aksiomave të termodinamikës dhe marrëdhëniet për potencialet termodinamike zhvillohen për modele të thjeshta(mjedis) - për gazet ideale. Për më shumë modele komplekse media - elastike media solide, media viskoelastike, media plastike, lëngje viskoze, media me vetitë elektromagnetike dhe të tjera, ligjet e termodinamikës kanë një formulim më kompleks, dhe potencialet termodinamike formulohen në një formë të përgjithësuar duke përdorur tensorë. Në fizikën e vazhdueshme (fizikës së vazhdueshme), termodinamika konsiderohet si e saj komponent, duke futur në konsideratë variablat që karakterizojnë termike (termike) dhe Vetitë kimike mjedisi, dhe lidhja e tyre me sasi të tjera fizike, dhe aksiomat e termodinamikës janë përfshirë në sistemi i përbashkët aksiomë.
Aksiomatika e termodinamikës
Nga pikëpamja aksiomatike fillimi zero termodinamika, duke supozuar ekzistencën temperaturë absolute, nuk është e nevojshme.
Parimi i parë prezanton një sasi të re fizike në konsideratë - energjinë e brendshme, dhe përshkruan (postulon) vetitë e kësaj ndryshoreje, kryesore prej të cilave është se është e nevojshme të respektohet ligji i ruajtjes së energjisë; Shtrirja e energjisë së brendshme gjithashtu supozohet. Nga këtu është e qartë se është e pamundur të zbërthehet saktë ndryshimi i energjisë së brendshme në një proces të caktuar në nxehtësi dhe punë (veçanërisht në nxehtësi, punë dhe punë të transferimit të masës) pa njohuri të mjaftueshme. arbitrare marrëveshje shtesë. Këto përfshijnë, në veçanti, rregullat e shenjave për punë dhe ngrohtësi. Një marrëveshje tjetër është se, mbi baza formale, ne jemi të detyruar t'i atribuojmë funksionimit ndryshimin e energjisë së brendshme në reaksionet kimike (në mënyrë bisedore të quajtur efekt termik) (madje edhe një term i veçantë, i pa përdorur në praktikë, është shpikur " punë kimike"; në termodinamikën jo ekuilibër, për një arsye formale, nxehtësia e fërkimit konsiderohet punë).
Le të theksojmë se aparati matematikor i termodinamikës (dhe çdo degë tjetër e fizikës) varet jo vetëm nga ligjet e natyrës, por edhe nga lloje te ndryshme marrëveshjet (herë të shprehura në mënyrë eksplicite, ndonjëherë të nënkuptuara) që kanë rrënjët historike dhe duke lejuar zëvendësimin me marrëveshje të tjera që janë më pak (dhe ndonjëherë më shumë) të njohura për ne. Shkalla e arbitraritetit në formulimin e marrëveshjeve zakonisht kufizohet në objektiv ose faktorë subjektiv. Le ta ilustrojmë këtë me shembullin e zëvendësimit pika referimi për temperaturën. Opsioni i dukshëm është të kaloni në atë të përdorur në jeta e përditshme shkalla e temperaturës Celsius. Një zëvendësim i tillë çon në një komplikim të lehtë, por ende të ndërlikuar të formulave me të cilat jemi mësuar, dhe ato më pas duken më pak elegante, megjithëse është absolutisht e qartë se llogaritjet duke përdorur formula të reja dhe të vjetra japin të njëjtat rezultate.
Konsideratat e mësipërme duken të thjeshta dhe mjaft të dukshme, nëse jo të parëndësishme, por në praktikë ato shpesh harrohen. Në lidhje me parimin e parë, injorimi i këtyre të vërtetave në dukje të hackedur çoi në një situatë që Möller e quajti " rast i çuditshëm në historinë e fizikës”. Gjegjësisht, modifikimi i rregullit për ndarjen e ndryshimit të energjisë së brendshme në nxehtësi dhe punë çoi në një ndryshim në aparatin matematikor dhe shërbeu si bazë për një mosmarrëveshje që u ndez në gjysmën e dytë të shekullit të 20-të se cili nga të dy versionet logjikisht të përsosura të termodinamikës SRT-relativiste me formula të ndryshme transformimet për temperaturën - Planck (1907) ose Ott (1963) - janë më të sakta. Diskutimi midis teoricienëve vazhdoi për disa vite derisa de Broglie tregoi se mospërputhja midis përfundimeve të Planck dhe Ott është për shkak të arbitraritetit në përkufizimin e nxehtësisë dhe rezultatet e tyre nuk kundërshtojnë njëra-tjetrën - autorët thjesht flasin në gjuhë të ndryshme. Në versionet moderne të termodinamikës relativiste, ata në përgjithësi preferojnë të merren me temperaturën absolute Lorentz-invariante (van Kampen, Landsberg, Schmutzer, etj.). Pse, para botimit të artikullit të Ott-it, arbitrariteti në përkufizimet e koncepteve "punë" dhe "nxehtësi" nuk godiste dhe nuk shqetësonte askënd? Po, sepse në praktikë, kur flitej për nxehtësinë ose punën e një procesi të caktuar, ata gjithmonë nënkuptonin një ndryshim në një nga potencialet termodinamike në këtë proces, duke anashkaluar kështu pasiguritë në interpretimin e koncepteve "nxehtësi" dhe "punë". . Fakti që, për shembull, puna e kryer në një reaksion kimik u quajt tradicionalisht "efekti termik i reagimit" nuk shqetësoi askënd dhe nuk çoi në ndonjë pasojë të dukshme paradoksale ose të padëshirueshme.
Thelbi i ligjit të dytë të termodinamikës nga pikëpamja e qasjes aksiomatike është si më poshtë. Për të përshkruar fenomenet termike, ndryshorja "energji e brendshme" nuk është e mjaftueshme dhe për sistemet e ekuilibrit kërkohet një tjetër e re. sasi fizike si një variabël i pavarur. Do të ishte logjike të zgjidhej një temperaturë e tillë, por rruga e zhvillimit të shkencës është e përdredhur, dhe fillimi i dytë në formulim modernështë një grup postulatesh rreth ekzistencës së entropisë dhe vetive të saj; Për shembull, shtrirja e entropisë supozohet. Një nga postulatet më të rëndësishme është ajo që quhet temperatura termodinamike funksioni i energjisë së brendshme dhe entropisë ka vetitë e temperaturës absolute. Kjo qasje na lejon të anashkalojmë arbitraritetin e përmendur më lart në përkufizimet e koncepteve "punë" dhe "nxehtësi", gjë që anulon elegancën e dukshme të formulimeve klasike të parimit të dytë. Le të vërejmë se aksiomatika e termodinamikës mund të ndërtohet duke supozuar se ndryshorja e pavarur nuk është entropia, por temperatura. Për këtë duhet të sakrifikojmë ose aparatin matematikor të termodinamikës që është i njohur për ne, për të cilin nuk jemi ende gati, ose harmoninë e sistemit bazë të aksiomave.
Ligji i tretë plotëson dhe plotëson sistemin e aksiomave të ligjit të dytë.
Aksiomat (fillimet, postulatet) mbi të cilat bazohet termodinamika nuk janë tre apo edhe katër (nëse numëroni fillimin zero), kështu që ato nuk janë më të numëruara. Së fundi, përveç aksiomave, marrëveshjeve dhe teoremave në termodinamikë, ekzistojnë edhe "parime" (për shembull, parimi i pranueshmërisë termodinamike i Putilov në termodinamikën e ekuilibrit ose parimi i Kurit në termodinamikën joekuilibri), d.m.th. pohime që nuk janë marrëveshje ose teorema, mos pretendoni të jeni në rolin e ligjeve të natyrës. Ato nuk duhet të ngatërrohen me aksiomat ose teoremat e termodinamikës, emrat e të cilave tradicionalisht përdorin fjalën "parim" (parimi Nernst, parimi Le Chatelier-Brown).
Shënime
Paradokse
Shiko gjithashtu
Letërsia
- Bazarov I.P. Termodinamika. M.: Shkolla e diplomuar, 1991, 376 f.
- Bazarov I. P., Gevorkyan E. V., Nikolaev P. N. Termodinamika joekuilibri dhe kinetika fizike. M.: Shtëpia Botuese e Universitetit Shtetëror të Moskës, 1989.
- Bazarov I.P. Keqkuptime dhe gabime në termodinamikë. Ed. Rishikimi i 2-të M.: Editorial URSS, 2003. 120 f.
- Bazarov I.P. Probleme metodologjike të fizikës statistikore dhe termodinamikës. M.: Shtëpia Botuese e Universitetit Shtetëror të Moskës, 1979.
- Gibbs J.W. Termodinamika. Mekanika statistikore. Seri: Classics of Science. M.: Nauka 1982. 584 f.
- De Groot S.R. Termodinamika e proceseve të pakthyeshme. M.: Shteti. Shtëpia botuese e teorisë teknike. lit., 1956. 280 f.
- De Groot S., Mazur P. Termodinamika joekuilibri. M.: Mir, 1964. 456 f.
- Gurov K. P. Termodinamika fenomenologjike e proceseve të pakthyeshme (themelet fizike). - M.: Shkenca, Kapitulli. ed. literatura e fizikës dhe matematikës, 1978. 128 f.
- Gyarmati I. Termodinamika joekuilibri. Teoria e fushës dhe parimet e variacionit. M.: Mir, 1974. 404 f.
- Zubarev D.N. Jo ekuilibër termodinamika statistikore. M.: Nauka, 1971. 416 f.
- Carnot S., Clausius R., Thomson W. (Lord Kelvin), Boltzmann L., Smoluchowski M. Ed. dhe komente dhe parathënie: Timiryazev A.K. Ligji i dytë i termodinamikës. Antologji. Botimi 2. Seria: Trashëgimia fiziko-matematikore: fizika (termodinamika dhe mekanika statistikore). - M.: Shtëpia botuese LKI, 2007. - 312 f.
- Kvasnikov I. A.
