Жоспары:
1.Табиғаттағы прооцестердің бағыты және жүру мүмкіндігі.
- Термодинамиканың ІІ заңының тұжырымдамасы.
- Жылу машинасының ПӘК і
4.Энергия ұғымы. Изоляцияланған жүйеде энергияның өсу заңдары.
- Ашық жүйелер термодинамикаcы
Лекция мәтіні:
Термодинамиканың І заңының негізгі энергия өзгеруімен байланысты жүретін процесстердің қай бағытта және қанша уақыт жүретіндігін анықтау мүмкін емес. Табиғатта жүріп жататын процестермен күнделікті байқайтынымыз олардың көпшілігі өздігінен сыртқы әсерсіз тек белгілі бір бағытта ғана жүреді.Мыс, су биіктеу жерден сайлау жерге ағады. Газдар қысымы жоғары облыстан қысымы төмен облыстарға таралады. Жылу қызған денеден жылуы төмендеу денеге беріледі. Кері бағытта осы аталған процестер өздігінен жүре алмайды, жүргізуге болады, бірақ ол кезде бұл процестер өздігінен жүрмейтін процестер болып табылады. Өздігінен жүретін процестің ерекшелігі олардың қайтымсыздығы. Кез келген өздігінен жүретін процесті пайдалы жұмыс алу үшін пайдаланса болады. Мыс, диірмен, турбина, поршень. Өздігінен жүрмейтін процестер тек жүйеге сырттан энергия енгенде ғана жүре алады. Термодинамикада қайтымсыз процеспен қатар қайтымды процестер де қарастырылады. Қайтымды процестер идеалды жағдайда ғана мүмкін болады.Әртүрлі физикалық және химиялық процестердің қайтымдылығының және қайтымсыздығын және жылудың жұмысқа және керісінше өту мәселесін термодинамиканың ІІ заңы қарастырады.
Бұл заң да тәжірибе жолымен ашылған және оның бірнеше тұжырымдамалары бар:
1.Клаузиус постулаты 1850 ж
Жай қызған денеден қатты қызған денеге жылу түрінде энергияның өздігінен өту процесі мүмкін емес.
- Томсон тұжырымдамасы 1851ж
Шексіз уақыт бір бастаудан жылу түрінде энергия пайдалана отырып жұмыс жасайтын мәңгілік двигатель ,екінші реттік мәңгілік двигатель жасау мүмкін емес.
3.Молекулалық кинетикалық көзқарас тұрғысынан термодинамиканың ІІ заңын былай тұжырымдаса болады:
Табиғаттағы барлық процестер өздігінен ықтималдылығы аз күйден ықтималдылығы жоғары күйге өтуге ұмтылады.
Жылу машинасы деп жылу есебінен жұмыс істейтін машинаны айтады. Оның схемасы:
Жұмыс A = Q1 – Q2
| Жылу бергіш Т1 |
Жылу Q1
| Жұмысшы дене |
Т1 › Т2
ЖұмысА= Q1 – Q2
Жылу Q2
| Жылу қабылдағышТ2 |
Бұл схемадан көрініп тұрғандай жұмысшы дене қабылдаған Q1жылуының барлығы жұмыс жасауға пайдаланылмайды. Тек бір бөлігі A = Q1 – Q2ғана пайдаланылады. Ал жылудың қалған бөлігі Q2 жылу қабылдағышқа беріледі. Демек жылуды 100 процент жылуға айналдыру мүмкін емес және Т1 = Т2 болса, жылудан жұмыс алу мүмкін емес.
Жылу машинасының ПӘК-і деп алынған жұмыстың жылуға қатынасын айтады.
= А/ Q(1)A = Q1 – Q2болғандықтан
= Q1 – Q2 /Q1 = Т1 — Т2/ Т1
Қорытындаласақ кез келген энергия толықтай жылу энергиясына айнала алады, бірақ жылу энергиясы энергияның басқа түріне толықтай айналмайды. Тек бір бөлігі ғана айналады.
Термодинамиканың ІІ заңы ашық жүйеде қолдануға болады.Жүйенің толық энергия қоры 2 құрам бөліктен тұрады. Шартты түрде көз алдымызға елестетсек болады.
U = F + D (3)
МұндағыF — ішкі энергияның жұмыс жасауға қабілетті пайдалы бөлігі немесе еркін энергия.Ал D — пайдалы жұмысқа айнала алмайтын энергияның өнімсіз бөлігі немесе байланысқан энергия. Ол тек жылуға айналып және таралып кете алатын энергия .Жүйеде еркін энергия көп болған сайын ол көп жұмыс жасай алады. Ал жүйеде температура айырмашылығы төмен болған сайын байланысқан бағасыз энергия. D көбірек болады. Осындай энергия құнсыздығының шамасын көрсететін жүйенің күйіне байланысты болатын функцияларды Клаузиус энтропия д.а. ( грекше эн ішіне тропос айналдыру д.а. ) Бұл функция термодинамикадаS- әрпімен белгіленеді
= Q – Q2 /Q1 = Т1 — Т2/ Т1 болғандықтан, бұдан
1- Q2 /Q 1= 1- T2 /T1ондаQ1 /T1=Q 2/T2 жәнеQ1 /T1 – Q 2 /T2=0
Термодинамикада кездескен қайтымды циклді элементарлы і- циклге бөліп қарастырады . Сонда олардың әрқайсысы үшін b Q1 /T1 -b Q 2/T2 =0 аз мөлшерде жылу сәйкес келеді.Олай болсамұндағы жылу b Q /Tкелтірілген жылуд.а .Олардың алгебралық сумасы 0 – ге тең.
Ұмтылған шексіздіктер шегінде бұл сумма интегралға өтеді.
Интегралдар теориясы бойынша dS= b Q /T(5)
Мұндағы S- жүйелердің күйінің функциялары dS -толық дифференциал болғандықтан кез келген процестерді энтропияның өзгеруі бастапқы және соңғы күйге ғана байланысты болдады.Мұндағы жүйенің (І күйден 2 күйге өткендегі ) энтропияның өзгеруі(5 – теңдеу энтропияның математикалық жазбасы болып табылады.) Бұл теңдеу қайтымды идеал процестер үшін алынған.
Ал табиғатта өтетін процестер қайтымсыз, себебі кез келген түрленулерде энергияның бір бөлігі жылуға айналады, ол жылу басқа энергия түріне толық айналмайды. Бұдан шығатын қорытынды қайтымсыз процестерде мына теңсіздік орындалады.
dS ›b Q /T (6)
Қорытынды изоляцияланған жүйелерде тек қана энергия өсуімен қабаттаса жүретін процес тер ғана өздігінен жүре алады.