თერმოდინამიკა - მეცნიერება თერმული ფენომენების შესახებ, რომელიც არ ითვალისწინებს სხეულების მოლეკულურ აგებულებას. თერმული ფენომენების თეორიების შემუშავებაში მნიშვნელოვანი წვლილი შეიტანეს რ.კლაუზიუსმა (1822-1888), ჯ. მაქსველმა (1831-1879), ლ. ბოლცმანმა (1844-1906), ვ. ტომპსონმა (1824-1907) და ყველა თერმული პროცესი დაკავშირებულია ენერგიის ტრანსფორმაციასთან, რომლის აღწერა თერმოდინამიკის ერთ-ერთი მთავარი პრობლემაა. თერმოდინამიკაში სხეულის მდგომარეობის აღსაწერად გამოიყენება შემდეგი ფუნქციები: ტემპერატურა, წნევა, მოცულობა, ენტროპია, ასევე თერმოდინამიკური პოტენციალი. დროის ფაქტორი არ არის საინტერესო თერმოდინამიკისთვის, ვინაიდან მისი აზრით, ყველაზე იშვიათი გაზის მოლეკულები ერთ დღეს შეეჯახებიან.

1. ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონი(თერმოდინამიკის პირველი კანონი)

Პირველ რიგში, ამტკიცებს ენერგიის თვისებრივი ტიპების (პოტენციური, კინეტიკური, მექანიკური, თერმული, ელექტრომაგნიტური და სხვ.) არსებობას და გარკვეულ პირობებში ერთმანეთში გარდაქმნის მათ თანდაყოლილ უნარს; მეორეც, მიუთითებს, რომ ნებისმიერ პროცესში, რომელიც ხდება დახურულ სისტემებში (ანუ სისტემა, რომელიც არ ცვლის არც მატერიას და არც ენერგიას გარემომცველ სამყაროსთან), ენერგიის რიცხვითი მნიშვნელობა რჩება დროში მუდმივი, ე.ი. მისი გაუჩინარების ან გაჩენის შეუძლებლობა.

თერმოდინამიკის პირველი კანონის რაოდენობრივი ფორმულირება: სხეულზე გადაცემული სითბოს რაოდენობა (Q) მიდის მისი შინაგანი ენერგიის DU გასაზრდელად და სხეულზე A სამუშაოს შესასრულებლად (Q = DU + A).

პოტენციალი დაკინეტიკური ენერგია ერთმანეთში გარდაიქმნება სიმძიმის ველში სხეულების მოძრაობისას, სხეულების რხევისას, მაგალითად, ქანქარის რხევისას. შიდა წვის ძრავში ქიმიური ენერგია გარდაიქმნება თერმულ და კინეტიკურ ენერგიად.

მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების კანონი ვლინდება სხეულების მოძრაობაში გრავიტაციულ ველში, სხეულების გრავიტაციულ ველში დაცემაში, სხეულების დრეკად შეჯახებაში, სხეულების თავისუფალ რხევაში (ქანქარის მოძრაობა), განადგურებაში. .

თუ ენერგიის შენარჩუნების კანონიდაკმაყოფილებულია ყველა ქიმიურ პროცესში, ყველა ბუნებრივ მოვლენაში, მაშინ კონსერვაციის კანონი ზოგჯერ ზუსტად სრულდება, ზოგჯერ კი დაახლოებით. მაგალითად, ქიმიაში, ყველა ნივთიერების მასა, რომელიც შედის ქიმიურ რეაქციაში, უდრის რეაქციის ყველა პროდუქტის მასას. თუმცა, ფიზიკაში, ელექტრონს და პოზიტრონს, რომელთაგან თითოეულს აქვს მასა, შეუძლია განადგურება ფოტონებად, რომლებსაც არ აქვთ მოსვენების მასა.

თერმობირთვულ რეაქციებშიშესრულებულია ელექტრული მუხტის შენარჩუნების კანონი, ენერგიის შენარჩუნების კანონი, ლეპტონის მუხტის შენარჩუნების კანონი, ჰადრონული მუხტის შენარჩუნების კანონი. ენერგიის შენარჩუნების კანონი და იმპულსის შენარჩუნების კანონი არეგულირებს მატერიის ველად გადაქცევას და პირიქით.

თერმოდინამიკის პირველი კანონი უარყოფს პირველი ტიპის მუდმივი მოძრაობის მანქანის (perpetuum mobile) შესაძლებლობას. პირველი ტიპის მუდმივი მოძრაობის მანქანა მოიცავს მუშაობას გარემოდან ენერგიის მოპოვების გარეშე. შეუძლებელია პერიოდულად მოქმედი მანქანის აშენება, რომელიც უფრო მეტ სამუშაოს შეასრულებს, ვიდრე მას გარედან მიეწოდება ენერგია.

2. ენერგიის გაფანტვის კანონი.

ყველა სისტემა ცდილობსგადასვლა თერმოდინამიკური წონასწორობის მდგომარეობაში, რომელშიც სხეულებს აქვთ იგივე ტემპერატურა და წნევა. ყველა თერმოდინამიკური პროცესი, რომელიც უახლოვდება თერმული წონასწორობას, შეუქცევადია. ეს მიგვიყვანს თერმოდინამიკის მეორე კანონმდე: სითბოს არ შეუძლია სპონტანურად გადავიდეს ცივი სხეულებიდან ცხელებზე; ან თერმული ენერგია თანაბრად ნაწილდება ყველა სხეულს შორის და ყველა თერმული პროცესი ნებისმიერ სისტემაში მთლიანად ჩერდება. ეგო იწვევს სისტემის სითბურ სიკვდილს. ეს განცხადება მართალია დახურული სისტემებისთვის. ეს კანონი ახასიათებს ენტროპიის ზრდას დროთა განმავლობაში.

ხახუნის ძალების არსებობის გამოენერგიის ნაწილი ყოველთვის გადადის სიცხეში (ან შინაგან ენერგიაში) და ძალიან რთულია ამ ენერგიის დაბრუნება პრაქტიკული გამოყენებისთვის უფრო მოსახერხებელ ფორმებად. ამიტომ, მეორე სახის მუდმივი მოძრაობის მანქანა, რომელიც მუშაობს თერმული წონასწორობის სხეულების ენერგიის ხარჯზე, ნაკლებად სავარაუდოა, რადგან შეუქცევადი მაკროსკოპული პროცესები ძალიან რთულია შებრუნება. მეორე სახის მუდმივი მოძრაობის მანქანა არის ერთგვარი "მაცივარი, რომელიც არ მოიხმარს, მაგრამ გამოიმუშავებს ელექტროენერგიას". დღეისათვის, პრაქტიკაში, ჯერჯერობით დადასტურებულია მხოლოდ იმ დანაყოფების განხორციელების შესაძლებლობა, რომლებიც აგროვებენ ენერგიას გარემოდან. ასე რომ, ასტრონავტიკაში ფართოდ გამოიყენება სითბოს ტუმბოები მიმდებარე სივრცის თერმული ენერგიის გამოყენებით.

ასევე არის მესამე სახის მუდმივი მოძრაობის მანქანა- მექანიზმი, რომელიც აჩვენებს მუდმივ მოძრაობას ხახუნის არარსებობის შემთხვევაში. იდეალთან მიახლოებული მექანიზმები უკვე შექმნილია, მაგალითად, ეს არის ზეგამტარი აგრეგატები, ზესთხევადი სითხეები და ა.შ. ამრიგად, მხოლოდ პირველი ტიპის მუდმივი მოძრაობის მანქანები არ არის შექმნილი და არ გამოიყენება ტექნოლოგიაში. შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ პირველი ტიპის გამოცხადებული „წარმატებული“ პერპეტუუმ მობილურები რეალურად მხოლოდ მე-2 ტიპის ფარული ძრავებია, რომელთა მოპოვების, სატუმბი ენერგიის წყარო უცნობია. მიუხედავად იმისა, რომ მე-2 და მე-3 ტიპის ძრავები წარმატებით იქნა გამოცდილი, თავად ტერმინი "perpetuum mobile" ჯერ კიდევ პრაქტიკაში გამოიყენება როგორც "შეუძლებელი" ან "გიჟი", რადგან, ჯერ ერთი, არაფერი არ არის აღებული და მეორეც, ყველაფერი, რაც აქვს. დასაწყისი - აქვს დასასრული, ცნება "მარადიული" ამ კონტექსტში ძალიან პირობითად არის გაგებული.

გლობალური ტექნიკური კორპორაციები ებრძვიან ენტროპიას ეფექტურობის გაზრდით. თუ 70% ითვლება ძალიან კარგ ეფექტურობად ძრავისთვის, იტალიელმა ეკონომისტმა ვილფრედო პარეტომ 1897 წელს ჩამოაყალიბა ადამიანის ეფექტურობის წესი, რომლის მიხედვითაც 20% ძალისხმევას მოაქვს შედეგის 80%.

თერმოდინამიკის მეორე კანონი მიუთითებსენერგიის ორი განსხვავებული ფორმის - სითბოს (დაუწესრიგებელ მოძრაობასთან ასოცირებული) და სამუშაოს (მოწესრიგებულ მოძრაობასთან ასოცირებული) არსებობაზე. ენერგიის უწესრიგო ფორმა არ შეიძლება მთლიანად გარდაიქმნას ენერგიის მოწესრიგებულ ფორმად. თერმოდინამიკაში უწესრიგობის საზომია ენტროპია. ენტროპია(ენერგიის გაფრქვევის საზომი) არის სისტემის მდგომარეობის ფუნქცია, რომელიც ახასიათებს დახურულ სისტემაში სპონტანური პროცესების დინების მიმართულებას. დახურულ სისტემაში ენტროპია მიდრეკილია მაქსიმუმამდე.

თერმული პროცესების მიმართულება განისაზღვრება ენტროპიის გაზრდის კანონით: დახურული სისტემის ენტროპია შეიძლება მხოლოდ გაიზარდოს; დახურული სისტემის ენტროპიის მაქსიმალური მნიშვნელობა მიიღწევა წონასწორობაში: DS ≥ 0 (სადაც S არის ენტროპია). ზემოაღნიშნული განცხადება ითვლება თერმოდინამიკის მეორე კანონის რაოდენობრივ ფორმულირებად.

თერმოდინამიკის მეორე კანონი ადგენს ბუნებაში ფუნდამენტური ასიმეტრიის არსებობას (ყველა სპონტანური პროცესის ცალმხრივობა).

ასე რომ, XIX საუკუნის შუა ხანებში. ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონმა შეიძინა ბუნების უნივერსალური კანონის უფლებები, რომელიც აერთიანებს ცოცხალ და უსულო ბუნებას. თერმოდინამიკის პირველი კანონი მოკლედ ჩამოყალიბებულია შემდეგნაირად: „ენერგია შენარჩუნებულია“, ან: „სისტემის მიერ მიღებული სითბო მიდის მისი შინაგანი ენერგიის გასაზრდელად და გარე სამუშაოების წარმოებისთვის“. ის ფაქტი, რომ ეს არის ენერგია, რომელიც ინახება და არა სითბო, გახდა ერთ-ერთი მთავარი სამეცნიერო მიღწევა. ენერგიის ცნებამ შესაძლებელი გახადა ყველა ბუნებრივი ფენომენის და პროცესის ერთი კუთხით განხილვა, ყველა ფენომენის გაერთიანება.

პირველად მეცნიერებაშიაბსტრაქტულმა კონცეფციამ ცენტრალური ადგილი დაიკავა, ის ნიუტონის ძალის ნაცვლად მოვიდა, რაც შეესაბამებოდა რაღაც ხელშესახებ, კონკრეტულს, თუმცა ნიუტონმა მათემატიკური სამოსით შემოსილი. ენერგიის კონცეფცია მტკიცედ შემოვიდა ჩვენს ცხოვრებაში. არ არსებობს მისი ერთი განმარტება, მაგრამ ყველაზე ხშირად ენერგია გაგებულია, როგორც სხეულის მუშაობის უნარი. გასული საუკუნის შუა ხანებში ლორდ კელვინმა აღიარა, რომ ძალები შეიძლება წარმოიშვას და გაქრეს, მაგრამ ენერგია არ განადგურებულია. ეს კონცეფცია ასევე შეესაბამებოდა კალვინის რელიგიურ შეხედულებებს, მას სჯეროდა, რომ შემოქმედმა სამყაროს შექმნის მომენტში დაჯილდოვა მას ენერგიის მარაგით და ეს ღვთაებრივი საჩუქარი იარსებებს სამუდამოდ, ხოლო ეფემერული ძალები ექვემდებარება ბევრ პერიპეტიებს. და მათი დახმარებით ქსოვს გარდამავალი ფენომენების მსოფლიო ქსოვილს.

თანამედროვე მეცნიერება არ უარყოფს შეხედულებებსკელვინი, მაგრამ არ უარყოფს ატომების, როგორც ენერგიის მატარებლების არსებობას. პირველი კანონი მოითხოვს ენერგიის შენარჩუნებას იზოლირებულ სისტემაში, მაგრამ არ მიუთითებს მიმართულებაზე, რომლითაც პროცესები შეიძლება მოხდეს ბუნებაში. ამ მიმართულებას მიუთითებს მეორე კანონი, თერმოდინამიკის მეორე პოსტულატი. პირველთან ერთად, ისინი შესაძლებელს ხდის მრავალი ზუსტი რაოდენობრივი კავშირის დამყარებას სხეულების სხვადასხვა მაკროსკოპულ პარამეტრებს შორის თერმოდინამიკური წონასწორობის მდგომარეობებში ან მის მახლობლად. გარდა ამისა, მეორე პოსტულატი შემოაქვს ტემპერატურის მასშტაბის სიზუსტეს, რომელიც არ არის დაკავშირებული თერმომეტრისა და მისი მოწყობილობის სამუშაო ნივთიერებასთან.

ენტროპიის გამო, დიდი ისტორიის ტრაგედია ის კი არ არის, რომ ზოგიერთი ცუდი, ეგოისტი და სულელი ადამიანი უბიძგებს კაცობრიობას არასასურველი მიმართულებით, არამედ ის, რომ ის ამ მიმართულებით მოძრაობს კარგი, უანგარო და გონიერი ადამიანების ნებისა და სურვილების საწინააღმდეგოდ.

3. თერმოდინამიკის მესამე კანონი

ეს ეხება ნივთიერებების თვისებებს დაბალ ტემპერატურაზე და ამტკიცებს ნივთიერების -273 ° C-მდე გაგრილების შეუძლებლობას (აბსოლუტური ნულოვანი ტემპერატურა).

აბსოლუტურად დაბალი ტემპერატურა, იწინასწარმეტყველა დაბალი ტემპერატურის პირველი მკვლევარი მ.ლომონოსოვი. პირველად ჩრდილოელმა მეცნიერმა მოახერხა ვერცხლისწყლის გაყინვა და ხელოვნურად ძალიან დაბალი ტემპერატურის (-65 °C) მიღება.

სამართალშიპლანკის ფორმულირებაში ნათქვამია, რომ იდეალური კრისტალის ენტროპია აბსოლუტურ ნულზე არის ნული. ფაქტობრივად, შეუძლებელია ენტროპიის აბსოლუტური მნიშვნელობის პირდაპირ გაზომვა. ამჟამად, ატომების ლაზერული გაგრილების გამოყენებით, გაცივება მიიღწევა - 10 -7 10 -9 კ.

თერმოდინამიკასამ პრინციპზე დაფუძნებული და არ საჭიროებს მატერიის სტრუქტურის დეტალურ ცოდნას, იძლევა წარმოდგენას დიდი რაოდენობით ბუნებრივი სისტემების არსებობის ძირითად კანონებზე: აირების, სითხეების და მყარი ნივთიერებების თვისებები, ქიმიური რეაქციები, მაგნიტური და ელექტრული. ფენომენებს. ისინი გამოიყენება გრანდიოზული კოსმიური პროცესებისა და სოციალური ცხოვრების მოვლენებზეც კი. მისი დასკვნები უდაო და ურყევია.

მოახლოებული ენერგეტიკული კრიზისი აიძულებსუკვე ახლა ვეძებთ ენერგიის მოპოვებისა და არხების ახალ გზებს. მომავლის ფუნდამენტური საკითხია მოხმარების ენერგიიდან გაცემის ენერგიაზე გადასვლა. ენერგიის მოხმარება ემორჩილება თერმოდინამიკის კანონებს: არაფერი არ არის აღებული, თქვენ უნდა გადაიხადოთ ყველაფერი. ამიტომ, ურთიერთობა უნდა ეფუძნებოდეს გაანგარიშებას. ასე მივდივართ ადამიანური ურთიერთობების „გაყინვამდე“. მომავლის ენერგია ზრუნვასა და სიყვარულზე უნდა იყოს დამყარებული. მისი პარადოქსული მახასიათებელია ის, რომ რაც მეტს ვაძლევთ, მით მეტს ვიღებთ.

თერმოდინამიკის პირველი კანონი- სისტემის შიდა ენერგიის ცვლილება ერთი მდგომარეობიდან მეორეში გადასვლისას უდრის სისტემას გარედან მიწოდებული სითბოს ჯამს და მასზე მოქმედი გარე ძალების მუშაობას: ∆ U= ქ+ ა.

ანალიტიკური გამონათქვამები:

შინაგანი ენერგიისა და სამუშაოს მეშვეობით: დქ= დუ+ PDV

ენთალპიის საშუალებით: dq=dh-Vdp

თერმოდინამიკის მეორე კანონი, რომელიც გამოიყენება ციკლებზე. ენტროპია.

- სითბო თავისთავად გადადის მხოლოდ მაღალი ტემპერატურის მქონე სხეულიდან უფრო დაბალი ტემპერატურის მქონე სხეულზე და სპონტანურად ვერ გადადის საპირისპირო მდგომარეობაში.

- სითბოს გადაცემიდან მიღებული მთელი სითბო არ შეიძლება გადავიდეს სამუშაოდ, მაგრამ მხოლოდ მისი ნაწილი. სითბოს ნაწილი უნდა წავიდეს გამათბობელში.

ენტროპია არის სამუშაო სითხის მდგომარეობის პარამეტრი, რომელიც აყალიბებს ურთიერთობას სითბოს რაოდენობასა და ტემპერატურას შორის. ს= ქალბატონიიზომება ჯ/კ.

ანალიტიკურად, ენტროპია განისაზღვრება შემდეგნაირად: dS=სიგმაქ/ თ.

წრიული თერმოდინამიკური პროცესები (პირდაპირი და საპირისპირო ციკლები). კარნოს ციკლი. ციკლის თერმული ეფექტურობა.

პირდაპირი ციკლი

საპირისპირო ციკლი

Ɛ= ქ2/ ლc=ქ2/(ქ1- ქ2), Ɛ-ცივი. კოფ.

სამუშაო შესრულებულია გარედან.

შეუძლებელია სპონტანური. სითბოს მიწოდება ცივიდან ცხელამდე.

კარნოს ციკლი იდეალური თერმოდინამიკური ციკლია. შედგება 2 ადიაბატური და 2 იზოთერმული პროცესისგან.

თავად სისტემის მიერ შესრულებული სამუშაო.

სითბოს ტევადობა. განმარტება CგვდაCVდა მათ შორის კავშირი.

სითბოს სიმძლავრე არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც უნდა გადაეცეს სხეულს, რათა შეიცვალოს იგი 1 გრადუსით. ფიზიკური რაოდენობა, რომელიც განსაზღვრავს უსასრულოდ მცირეს შეფარდებას სითბოს რაოდენობაδ ქმიღებული სხეულის მიერ მისი შესაბამისი ნამატით ტემპერატურა δ თ.

- მუდმივი მოცულობისას, ტოლია პროცესში ორგანიზმისთვის მიწოდებული სითბოს რაოდენობის თანაფარდობა მუდმივი მოცულობით, სხეულის ტემპერატურის ცვლილებასთან.

- მუდმივი წნევის დროს, უდრის მუდმივი წნევის დროს სხეულზე გადაცემული სითბოს თანაფარდობას სხეულის ტემპერატურის ცვლილებასთან dT.

კომუნიკაცია - სითბოს სიმძლავრის ცნება განისაზღვრება როგორც აგრეგაციის სხვადასხვა მდგომარეობაში მყოფი ნივთიერებებისთვის (მყარი, სითხეები, აირები), ასევე ნაწილაკებისა და კვაზინაწილაკების ანსამბლებისთვის (ლითონის ფიზიკაში, მაგალითად, ისინი საუბრობენ ელექტრონის გაზის თბოტევადობაზე. ).

წყლის ორთქლი, როგორც სამუშაო სითხეგვ- ვ, თ- ს, თ- სდიაგრამები.

წყლის ორთქლი არის თერმული მექანიზმების უმეტესობის სამუშაო სითხე. წყლის აირისებრი მდგომარეობა. მას არ აქვს ფერი, გემო და სუნი. ნაპოვნია ტროპოსფეროში.

1-2 გაცხელეთ წყალი ადუღებამდე

2-3 აორთქლება

3-4 ორთქლის გადახურება

1-2 გათბობა

2-3 დუღილი (აორთქლება)

3-4 გადახურება

GNP - სველი გაჯერებული ორთქლი

ორთქლის დიაგრამა თბოელექტროსადგურების ორთქლის პროცესებისა და ციკლებისთვის.

წყლის ორთქლის ძირითადი მახასიათებლები: გაჯერებული და გადახურებული ორთქლი, აორთქლების სითბო.

გაჯერებული ორთქლიარის თერმოდინამიკური წონასწორობის ორთქლი იმავე შემადგენლობის სითხესთან ან მყართან. მას აქვს ტემპერატურა, რომელიც დამოკიდებულია იმ გარემოს წნევაზე, რომელშიც ხდება დუღილის პროცესი.

გადახურებული ორთქლი - ორთქლითბება ზემოთ ტემპერატურამდე დუღილის წერტილიმოცემულ წნევაზე. ზედმეტად გახურებული ორთქლი გამოიყენება ციკლებისხვადასხვა თერმული მანქანებიმათი გასაუმჯობესებლად ეფექტურობა. ზედმეტად გახურებული ორთქლის მიღება ხდება სპეციალურ მოწყობილობებში - ზეგამათბობლები.

ნივთიერების აორთქლების სითბო- სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა 1 მოლი ნივთიერების ორთქლის მდგომარეობაში გადასაყვანად დუღილის წერტილში. იზომება ჯოულებში.

იდეალური აირების თერმოდინამიკური პროცესები. კლასიფიკაცია, მდგომარეობის განტოლება, ინდიკატორის მნიშვნელობა ”ნ” ზოგად განტოლებაშიpv^ ნ= კონსტძირითადი პროცესებისთვის.

იდეალური აირების ძირითადი პროცესები:

იზოქორული (მიედინება მუდმივი მოცულობით)

იზობარული (მუდმივი წნევით)

იზომეტრიული (მუდმივი t)

ადიაბატური (პროცესი, რომლის დროსაც არ ხდება სითბოს გაცვლა გარემოსთან)

პოლიტროპული (დამაკმაყოფილებელი განტოლება pv^n=კონსტ

მდგომარეობის განტოლება: pv= RTან pv/ თ= პ

pv^ ნ= კონსტ ; პოლიტროპულ მაჩვენებელს შეუძლია მიიღოს ნებისმიერი მნიშვნელობა

პროცესების თერმოდინამიკური ანალიზი კომპრესორებში.

ვადა. კომპრესორის ანალიზი არის გარკვეული სამუშაო, რომელიც დახარჯულია სამუშაო სითხის შეკუმშვაზე მოცემულ საწყის და საბოლოო პარამეტრებზე. როგორც წესი, კომპრესორები ახორციელებენ პოლიტროპულ შეკუმშვას პოლიტროპული ინდექსით n=1.2.

სითბოს გადაცემის სახეები და რაოდენობრივი მახასიათებლები. სითბოს გადაცემის და სითბოს გადაცემის კონცეფცია.

თბოგამტარობა- ეს არის სხეულის უფრო გახურებული ნაწილებიდან (ან სხეულებიდან) ნაკლებად გაცხელებულ ნაწილებზე (ან სხეულებზე) შინაგანი ენერგიის გადაცემის პროცესი, რომელიც ხორციელდება სხეულის შემთხვევით მოძრავი ნაწილაკებით (ატომები, მოლეკულები, ელექტრონები და ა.შ.).

კონვექცია(ლათ. კონვექციური- "გადაცემა") - სითბოს გადაცემის ფენომენი სითხეებში ან აირებში, ან მარცვლოვან მედიაში მატერიის ნაკადებით. არსებობს ე.წ. ბუნებრივი კონვექცია, რომელიც წარმოიქმნება სპონტანურად ნივთიერებაში, როდესაც ის არათანაბრად თბება გრავიტაციულ ველში. იძულებითი - თავად იწვევს გარემოს მოძრაობას.

თერმული გამოსხივება -სითბოს გადაცემა ელექტრომაგნიტური რხევების გამოყენებით სხვადასხვა ტალღის სიგრძით. აქტუალურია მაღალ ტემპერატურაზე.

რაოდენობაჰარ-კი.

[J] -სითბოს რაოდენობა

[J/s] -სითბოს ნაკადი

[ვ/მ^2] –სითბოს ნაკადის სიმკვრივე

სითბოს გაფრქვევა -სითბოს გადაცემა საშუალოდან კედელზე ან კედლიდან საშუალოზე.

Სითბოს გადაცემა -სითბოს მთლიანი გადაცემა ერთი საშუალოდან მეორეზე.

სითბოს განტოლება ბრტყელი კედლისთვის. თბოგამტარობის კოეფიციენტის ფიზიკური მნიშვნელობა.

ტემპერატურა იცვლება მხოლოდ x- მიმართულებით.

Q=λ/კედლის სისქე * (tst1 – tst2) F * τ

λ - დედის კედლის თბოგამტარობის კოეფიციენტი

tst1 - tst2 - სხვაობა t მეტი. კედლები

F - კედლის ზედაპირი

ტაუ არის დრო.

Λ - თბოგამტარობის კოეფიციენტი [W / m * K] - ახასიათებს სითბოს გადაცემის სიჩქარეს.

კონვექციური სითბოს გადაცემა: ნიუტონ-რიჩმანის კანონი, სითბოს გადაცემის კოეფიციენტი და მის მნიშვნელობაზე მოქმედი ფაქტორები.

კონვექციური სითბოს გადაცემა - თერმული ენერგიის გაცვლა მყარი სხეულის ზედაპირსა და გარემოს შორის. მისი გარემო.

ნიუტონ-რიჩმანის კანონი- ემპირიული კანონზომიერება, რომელიც გამოხატავს სითბოს ნაკადს სხვადასხვა სხეულებს შორის ტემპერატურის სხვაობის მეშვეობით.

სითბოს რაოდენობა კონვენციამდე გამოითვლება სითბოს გამომუშავების მიხედვით. ნიუტონ-რიჩმანი Q \u003d aF (tst - tzh) a - კოეფიციენტი. სითბოს გადაცემა.

სითბოს გადაცემის კოეფიციენტი - სითბოს ნაკადის სიმკვრივე 1K ტემპერატურულ განსხვავებაზე, გაზომილი W / (m² K).

Დამოკიდებულია:

გამაგრილებლის ტიპზე და მის ტემპერატურაზე;

წნევის სათავე ტემპერატურა, კონვექციის ტიპი და დინების რეჟიმი;

ზედაპირის მდგომარეობაზე და დინების მიმართულებაზე;

სხეულის გეომეტრიიდან.

კონვექციური სითბოს გადაცემის კრიტერიუმული განტოლებების სახეები. მსგავსების კრიტერიუმების ფიზიკური მნიშვნელობანუ, რე, გრ, პრ.

Nu = αl/λ Nu = f(Re1 * Pr) - ნუსელტის კრიტერიუმი(უგანზომილებიანი სითბოს გადაცემის კოეფიციენტი), ახასიათებს სითბოს გაცვლას კედლის ზედაპირსა და სითხეს (გაზს) შორის;

ჭამე: Nu = f(Gr1*Pr) → Nu = C(Gr*Pr)^n

მაგ: Nu = C * Re^n * Pr^m * (Przh/ Pr st) Re = w l/v, w – m/s, v – სროლა. სიბლანტე, m/s, l - სიმბოლოთა განსხვავება - რეინოლდსის კრიტერიუმი, ახასიათებს ინერციისა და სიბლანტის ძალების თანაფარდობას და განსაზღვრავს სითხის (აირების) დინების ხასიათს; Gr \u003d gl 3 / ν 2 * β (tst - tzh); β= 1/T - გრაშოფის კრიტერიუმი (ბუნებრივი კონვექცია), ახასიათებს სითხეში (აირში) წარმოქმნილ ამწევ ძალას სიმკვრივეების სხვაობის გამო; Pr = (M cp)/λ; М – სიბლანტის დინამიკა; Cp - სითბოს სიმძლავრე - პრანდტის კრიტერიუმიახასიათებს სითხის (აირის) ფიზიკურ თვისებებს;

l - განმსაზღვრელი ზომა (სიგრძე, სიმაღლე, დიამეტრი).

თერმოდინამიკა თავდაპირველად წარმოიშვა, როგორც სითბოს სამუშაოდ გადაქცევის მეცნიერება. თუმცა, თერმოდინამიკის საფუძვლიანი კანონები იმდენად ზოგადია, რომ ამჟამად თერმოდინამიკური მეთოდები დიდი წარმატებით გამოიყენება მრავალი ფიზიკური და ქიმიური პროცესის შესასწავლად და მატერიისა და გამოსხივების თვისებების შესასწავლად. როგორც უკვე აღინიშნა § 79-ში, მატერიის ტრანსფორმაციის თვისებებისა და პროცესების შესწავლისას, თერმოდინამიკა არ ითვალისწინებს ფენომენების მიკროსკოპულ სურათს. იგი განიხილავს ფენომენებს გამოცდილებიდან ნასწავლი ძირითადი კანონების (საწყისების) საფუძველზე. ამ მიზეზით, თერმოდინამიკის მიერ მიღებულ დასკვნებს იგივე ხარისხი აქვს, როგორც მის საფუძველში მყოფი კანონები. ეს უკანასკნელი არის უზარმაზარი ექსპერიმენტული მონაცემების განზოგადება.

თერმოდინამიკის საფუძველი ყალიბდება მისი ორი პრინციპით. პირველი კანონი ადგენს რაოდენობრივ კავშირებს, რომლებიც ხდება ენერგიის ერთი სახეობიდან მეორეში გადაქცევის დროს. მეორე კანონი განსაზღვრავს პირობებს, რომლებშიც შესაძლებელია ეს გარდაქმნები, ანუ განსაზღვრავს პროცესების შესაძლო მიმართულებებს.

თერმოდინამიკის პირველი კანონი ამბობს, რომ სისტემაში გადაცემული სითბოს რაოდენობა იხარჯება სისტემის შიდა ენერგიის გაზრდაზე და სისტემის მიერ გარე სხეულებზე სამუშაოს შესრულებაზე:

ან დიფერენციალური ფორმით:

(104.2)

(იხ. (83.2) და (83.4)).

პირველი კანონი ზოგჯერ შემდეგნაირად არის ჩამოყალიბებული: პირველი ტიპის perpetuum mobile (perpetuum mobile) შეუძლებელია, ანუ ისეთი პერიოდულად მოქმედი ძრავა, რომელიც ახორციელებს მუშაობას უფრო დიდი რაოდენობით, ვიდრე ენერგია, რომელსაც იგი იღებს გარედან.

ნებისმიერი ძრავა არის სისტემა, რომელიც განმეორებით ასრულებს გარკვეულ წრიულ პროცესს (ციკლს). მოდით, ციკლის განმავლობაში, სამუშაო ნივთიერება (მაგალითად, გაზი) ჯერ გაფართოვდეს მოცულობამდე და შემდეგ კვლავ შეკუმშოს თავდაპირველ მოცულობამდე (ნახ. 104.1). იმისათვის, რომ ციკლზე მუშაობა იყოს ნულზე მეტი, გაფართოების დროს წნევა (და, შესაბამისად, ტემპერატურა) უფრო დიდი უნდა იყოს, ვიდრე შეკუმშვის დროს. ამისათვის სამუშაო ნივთიერებას გაფართოების დროს სჭირდება სითბოს გაცემა, ხოლო შეკუმშვისას მისგან სითბო უნდა მოიხსნას.

ციკლის დასრულების შემდეგ, სამუშაო ნივთიერება უბრუნდება პირვანდელ მდგომარეობას. ამრიგად, შიდა ენერგიის ცვლილება ციკლზე ნულის ტოლია. სამუშაო სითხეზე გადაცემული სითბოს რაოდენობა ციკლზე უდრის იმას, თუ სად არის სამუშაო სითხის მიერ გაფართოების დროს მიღებული სითბო, არის სითბო, რომელიც გამოიყოფა შეკუმშვის დროს. ციკლში შესრულებული სამუშაო A უდრის ციკლის ფართობს (იხ. § 84). ამრიგად, ციკლისთვის დაწერილი გამოხატულება (104.1) არის

პერიოდულად მომუშავე ძრავას, რომელიც მუშაობს გარედან მიღებული სითბოს გამო, ეწოდება სითბოს ძრავა. როგორც (104.3) ჩანს, გარედან მიღებული მთელი სითბო არ გამოიყენება სასარგებლო სამუშაოს მისაღებად. იმისათვის, რომ ძრავმა ციკლურად იმუშაოს, სითბოს თანაბარი ნაწილი უნდა დაბრუნდეს გარე გარემოში და, შესაბამისად, არ გამოიყენება მისი დანიშნულებისამებრ (ანუ სასარგებლო სამუშაოს შესასრულებლად). ცხადია, რაც უფრო სრულად გარდაქმნის სითბოს ძრავა გარედან მიღებულ სითბოს სასარგებლო სამუშაო A-ში, მით უფრო მომგებიანია ეს ძრავა. მაშასადამე, ჩვეულებრივია სითბოს ძრავის დახასიათება მისი ეფექტურობით (შემოკლებული ეფექტურობა), რაც განისაზღვრება, როგორც ციკლზე შესრულებული სამუშაოს თანაფარდობა ციკლზე მიღებულ სითბოსთან.

(104.3) მიმართების გათვალისწინებით, ეფექტურობის გამოხატულება შეიძლება დაიწეროს როგორც

ეფექტურობის განმარტებიდან გამომდინარეობს, რომ ის არ შეიძლება იყოს ერთზე მეტი.

თუ ჩვენ შევცვლით ნახ. 104.1, თქვენ მიიღებთ ჩილერის ციკლს. ასეთი მანქანა ატარებს სითბოს სხეულს, რომელსაც აქვს ტემპერატურა ციკლში და ასხივებს სითბოს რაოდენობას უფრო მაღალი ტემპერატურის მქონე სხეულს სამუშაო A უნდა გაკეთდეს მანქანაზე ციკლურად. , რომელიც იხარჯება მოტანაზე. მანქანა მოქმედებაში:

თერმოდინამიკის მეორე კანონი, ისევე როგორც პირველი, შეიძლება ჩამოყალიბდეს რამდენიმე გზით. ჩვენ შევხვდით § 103-ის ერთ-ერთ ფორმულირებას. ის მდგომარეობს იმაში, რომ იზოლირებული სისტემის ენტროპია არ შეიძლება შემცირდეს:

კლაუსიუსმა მეორე კანონი ასე ჩამოაყალიბა: ასეთი პროცესები შეუძლებელია, რომლის ერთადერთი საბოლოო შედეგი იქნება სითბოს გადაცემა ნაკლებად გახურებული სხეულიდან უფრო გახურებულზე. ის არ უნდა იყოს წარმოდგენილი ისე, რომ მეორე კანონი ზოგადად კრძალავს სითბოს გადაცემას ნაკლებად გაცხელებული სხეულიდან უფრო ცხელ სხეულზე. სამაცივრო მანქანაში სწორედ ასეთი გადასვლა ხდება. თუმცა, ეს გადასვლა არ არის პროცესის ერთადერთი შედეგი. მას თან ახლავს ცვლილებები მიმდებარე სხეულებში, რომლებიც დაკავშირებულია A სამუშაოს შესრულებასთან სისტემაში.

ვაჩვენოთ, რომ იზოლირებულ სისტემაში წარმოსახვით პროცესს, რომელიც ეწინააღმდეგება კლაუსიუსის ფორმულირების მეორე კანონს, თან ახლავს ენტროპიის შემცირება. ამრიგად, ჩვენ დავამტკიცებთ კლაუსიუსის ფორმულირების ეკვივალენტობას და მეორე კანონის სტატისტიკურ ფორმულირებას, რომლის მიხედვითაც იზოლირებული სისტემის ენტროპია ვერ შემცირდება.

პირველ რიგში ვაკეთებთ შემდეგ შენიშვნას. დავუშვათ, რომ ზოგიერთი სხეული ცვლის სითბოს სხვა სხეულთან, რომელსაც ჩვენ ვუწოდებთ სითბოს რეზერვუარს. წყალსაცავის სითბოს სიმძლავრე უსასრულო იყოს. ეს ნიშნავს, რომ წყალსაცავის მიერ სასრული რაოდენობის სითბოს მიღება ან გამოშვება არ ცვლის მის ტემპერატურას. სხეულში მიმდინარე პროცესი, რომელსაც თან ახლავს წყალსაცავთან სითბოს გაცვლა, შეიძლება შექცევადი იყოს მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ამ პროცესის დროს სხეულის ტემპერატურა უდრის შესაბამისი რეზერვუარის ტემპერატურას. მართლაც, თუ, მაგალითად, სხეული იღებს სითბოს რეზერვუარიდან, რომლის ტემპერატურაც მასზე დაბალია, როდესაც იგივე პროცესი საპირისპირო მიმართულებით მიმდინარეობს, სხეული შეძლებს მისგან მიღებული სითბოს დაბრუნებას წყალსაცავში, თუ მისი ტემპერატურა არავითარ შემთხვევაში არ არის დაბალი

შესაბამისად, პროცესის წინ და საპირისპირო მსვლელობისას სხეულის ტემპერატურა განსხვავებული იქნება, სხეული ორივე შემთხვევაში გადის მდგომარეობების სხვადასხვა თანმიმდევრობით (არათანაბარი ტემპერატურით ხასიათდება) და განხილული პროცესი შეუქცევადი იქნება.

ამრიგად, პროცესი, რომელსაც თან ახლავს სითბოს გაცვლა, შეიძლება შექცევადი იყოს მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ სითბოს მიღებისას და დაბრუნების დროს რეზერვუარში დაბრუნებისას სხეულს აქვს იგივე ტემპერატურა რეზერვუარის ტემპერატურის ტოლი. მკაცრად რომ ვთქვათ, როდესაც სითბო მიიღება, სხეულის ტემპერატურა უნდა იყოს უსასრულოდ მცირე სიდიდე, ვიდრე რეზერვუარის ტემპერატურაზე ნაკლები (წინააღმდეგ შემთხვევაში სითბო არ მიედინება რეზერვუარიდან სხეულში), ხოლო როდესაც სითბო გამოიყოფა, სხეულის ტემპერატურა. უნდა იყოს უსასრულოდ მცირე სიდიდე უფრო მაღალი ვიდრე წყალსაცავის ტემპერატურა.

შესაბამისად, ერთადერთი შექცევადი პროცესი, რომელსაც თან ახლავს რეზერვუართან სითბოს გაცვლა, რომლის ტემპერატურაც უცვლელი რჩება, არის იზოთერმული პროცესი, რომელიც ხდება წყალსაცავის ტემპერატურაზე.

განვიხილოთ იზოლირებული სისტემა, რომელიც შედგება ორი სხეულისგან ერთი და იგივე თბოტევადობის C. მოდით, B სხეულმა გადასცეს Q სითბოს რაოდენობა A სხეულს, რის შედეგადაც A სხეულის ტემპერატურა იზრდება მნიშვნელობიდან მდე, ხოლო B სხეულის ტემპერატურა. მნიშვნელობიდან მცირდება ასეთი პროცესი ეწინააღმდეგება კლაუსიუსის ფორმულირების მეორე კანონს. მოდით ვიპოვოთ ენტროპიის ცვლილება ამ შემთხვევაში.

ამ პროცესის დროს ხდება სითბოს გაცვლა არათანაბარი ტემპერატურის მქონე სხეულებს შორის. როგორც ზემოთ ითქვა, ეს პროცესი შეუქცევადია. ფორმულა (103.20) გამოიყენება მხოლოდ შექცევად პროცესებზე. იმისათვის, რომ ვიპოვოთ ენტროპიის ცვლილება შეუქცევად პროცესში, იმოქმედეთ შემდეგნაირად. განვიხილოთ ნებისმიერი შექცევადი პროცესი, რომელიც სისტემას მიიყვანს იმავე საბოლოო მდგომარეობამდე, როგორც მოცემული შეუქცევადი პროცესი და გამოთვალეთ ამ პროცესის ენტროპიის ზრდა ფორმულით

(104.7)

(იხ. (103.20)).

ზემოაღნიშნულის შესაბამისად, განიხილეთ შექცევადი პროცესი, რომლის დროსაც სხეული B ასხივებს სითბოს Q ნაწილებში თანმიმდევრულად რიგ რეზერვუარებს ტემპერატურით მდე, ხოლო სხეული A იღებს სითბოს Q ნაწილებში რეზერვუარების სერიიდან ტემპერატურით დან მდე. შედეგად, სისტემა შექცევადად გადავა იმ მდგომარეობიდან, რომელშიც სხეულებს აქვთ ტემპერატურა იმ მდგომარეობაში, რომელშიც სხეულების ტემპერატურა თანაბარია.

ერთი შეხედვით შეიძლება ჩანდეს, რომ ასეთ ფორმულირებას ეწინააღმდეგება, მაგალითად, იდეალური აირის იზოთერმული გაფართოების პროცესი. მართლაც, იდეალური აირის მიერ მიღებული მთელი სითბო ზოგიერთი სხეულიდან მთლიანად გარდაიქმნება სამუშაოდ. თუმცა სითბოს მიღება და სამუშაოდ გადაქცევა პროცესის ერთადერთი საბოლოო შედეგი არ არის; გარდა ამისა, პროცესის შედეგად ხდება გაზის მოცულობის ცვლილება.

სითბოს ძრავში სითბოს სამუშაოდ გადაქცევას აუცილებლად თან ახლავს დამატებითი პროცესი - სითბოს გარკვეული რაოდენობის გადაცემა ცივ სხეულზე, რის შედეგადაც ცხელი სხეულიდან მიღებული სითბოს რაოდენობა სრულად ვერ გარდაიქმნება. სამსახურში.

ადვილი მისახვედრია, რომ კელვინის ფორმულირებაში მოცემული დებულება ლოგიკურად გამომდინარეობს კლაუსიუსის ფორმულირებულ განცხადებაში. სინამდვილეში, სამუშაო შეიძლება მთლიანად გადაიზარდოს სითბოდ, მაგალითად, ხახუნის საშუალებით. მაშასადამე, კელვინის ფორმულირებით აკრძალული პროცესის საშუალებით სხეულიდან მიღებული სითბო მთლიანად სამუშაოდ გარდაქმნით, შემდეგ კი ამ სამუშაოს ხახუნის საშუალებით სხვა უფრო მაღალი ტემპერატურის მქონე სხეულზე გადაცემის სითბოდ გადაქცევით, ჩვენ გადავიტანთ. კლაუსიუსის ფორმულირების მიხედვით შეუძლებელი პროცესი.

თერმოდინამიკის მეორე კანონით აკრძალული პროცესების გამოყენებით, შესაძლებელი იქნება ძრავის შექმნა, რომელიც მუშაობს სითბოს გამო მიღებული, მაგალითად, ენერგიის თითქმის ამოუწურავი წყაროდან, როგორიცაა ოკეანე.

პრაქტიკაში, ასეთი ძრავა იქნება მუდმივი მოძრაობის მანქანის ტოლფასი. მაშასადამე, თერმოდინამიკის მეორე კანონი ზოგჯერ შემდეგნაირად არის ჩამოყალიბებული: მეორე ტიპის უწყვეტი მობილური შეუძლებელია, ანუ ისეთი პერიოდულად მოქმედი ძრავა, რომელიც მიიღებს სითბოს ერთი რეზერვუარიდან და ამ სითბოს მთლიანად სამუშაოდ გარდაქმნის.

ეს არის ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონის განსაკუთრებული შემთხვევა. ეს კანონი ამბობს, რომ ენერგია არ ქრება და აღარ წარმოიქმნება, არამედ მხოლოდ ერთი ფორმიდან მეორეზე გადადის სხვადასხვა პროცესში. ასე რომ, თუ ორგანიზმი ეცნობა სითბოს რაოდენობას ქ, მაშინ დაიხარჯება სხეულის შინაგანი ენერგიის შეცვლაზე? Uდა გარე სამუშაოს შესრულება ლ:

ეს მიმართება არის თერმოდინამიკის პირველი კანონის ანალიტიკური გამოხატულება უმოძრაო სხეულებისთვის.

დიფერენციალური ფორმით, ეს კანონი შეიძლება დაიწეროს:

ან , ან . (1)

თუ ჩავანაცვლებთ (1) განტოლებას (ურთიერთობა მექანიკურ და ტექნიკურ სამუშაოებს შორის), ვიღებთ:

გამოხატულება ( u+pv) არის სხეულის მდგომარეობის კალორიმეტრიული პარამეტრი. ტექნიკურ თერმოდინამიკაში ამ პარამეტრს ე.წ ენთალპიადა აღინიშნება ასოთი ჰდა J-ში გაზომილი, სპეციფიკური ენთალპია აღინიშნება თდა იზომება J / კგ, ანუ

ენთალპიაარის გაზის შიდა ენერგიისა და დრეკადობის ენერგიის ჯამი (პოტენციური წნევის ენერგია).

ამრიგად, თერმოდინამიკის პირველი კანონი შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად:

.

იზობარულ პროცესში ( რ= კონსტ) vdp= 0, შესაბამისად.

იდეალური გაზებისთვის, შემდეგი მიმართებები მართალია:

თერმოდინამიკის მეორე კანონიმიბმულიყველა ბუნებრივი პროცესის შეუქცევადობით და არის მეცნიერთა მრავალსაუკუნოვანი დაკვირვების საფუძველზე დაფუძნებული ექსპერიმენტული კანონი, მაგრამ ის მხოლოდ მე-19 საუკუნის შუა ხანებში შეიქმნა. როგორც სტატიკური კანონი, თერმოდინამიკის მეორე კანონი ასახავს დიდი რაოდენობით ნაწილაკების ქცევას, რომლებიც ქმნიან იზოლირებულ სისტემას. მცირე რაოდენობის ნაწილაკებისგან შემდგარ სისტემებში შეიძლება არსებობდეს გადახრები თერმოდინამიკის მეორე კანონისგან.

იზოლირებული თერმოდინამიკური სისტემის ყველაზე სავარაუდო მდგომარეობაა მისი შინაგანი წონასწორობის მდგომარეობა, რომელიც შეესაბამება მაქსიმალური ენტროპიის მნიშვნელობის მიღწევას. ამიტომ მეორე კანონს ენტროპიის გაზრდის კანონს უწოდებენ. ამასთან დაკავშირებით, ის შეიძლება ჩამოყალიბდეს შემდეგი პრინციპით: იზოლირებული სისტემის ენტროპია არ შეიძლება შემცირდეს..

ენტროპია- ესსამუშაო სითხის მდგომარეობის პარამეტრი, რომელიც ადგენს ურთიერთობას სითბოსა და ტემპერატურას შორის. მის დასადგენად ამ ფორმით ვწერთ თერმოდინამიკის პირველი კანონის განტოლებას

.

მოდით დავყოთ ეს გამოთქმა თ, ა რშევცვალოთ , მივიღებთ:

ან .

გამოთქმა ამბობს, რომ ეს არის ზოგიერთი ფუნქციის სრული დიფერენციალი ს, რომელიც არის მდგომარეობის პარამეტრი, ვინაიდან ეს დამოკიდებულია გაზის მდგომარეობის მხოლოდ ორ პარამეტრზე და არ არის დამოკიდებული იმაზე, თუ როგორ გადავიდა აირი ერთი მდგომარეობიდან მეორეში. ენტროპია აღინიშნება ასოთი სდა იზომება J/K-ში. ენტროპია 1 კგ გაზზე ე.წ სპეციფიკური ენტროპიადა აღინიშნება ასოთი სდა იზომება kJ / (K? კგ).

ამრიგად, .

თერმოდინამიკის მეორე კანონი წარმოადგენს მოცემული დებულებებისა და პოსტულატების განზოგადებას, რომლებიც გამოიყენება სითბოს ძრავებზე და შემდეგია:

1. ბუნებრივი პროცესების სპონტანური ნაკადი წარმოიქმნება და ვითარდება პროცესში მონაწილე თერმოდინამიკურ სისტემასა და გარემოს შორის წონასწორობის არარსებობის შემთხვევაში.

2. ბუნებაში სპონტანურად წარმოქმნილი ბუნებრივი პროცესები, რომელთა მუშაობაც ადამიანს შეუძლია გამოიყენოს, ყოველთვის მხოლოდ ერთი მიმართულებით მიმდინარეობს უმაღლესი პოტენციალისკენ უფრო დაბალისკენ.

3. სპონტანურად წარმოქმნილი პროცესების მიმდინარეობა მიმდინარეობს თერმოდინამიკურ სისტემასა და გარემოს შორის წონასწორობის დამყარების მიმართულებით და ამ წონასწორობის მიღწევისთანავე პროცესები ჩერდება.

4. პროცესი შეიძლება მიმდინარეობდეს სპონტანური პროცესის საპირისპირო მიმართულებით, თუ ამისთვის ენერგია ნასესხებია გარე გარემოდან.

ყველა ეს ფორმულირება, რომლებიც განსხვავდებიან ფორმით, არსებითად ერთმანეთის ეკვივალენტურია, ვინაიდან პირდაპირ კავშირშია ენტროპიის შემცირების შეუძლებლობის პრინციპთან: .

ძირითადი ცნებები და განმარტებები

განმარტება: თერმოდინამიკა - ენერგიის გარდაქმნის კანონების მეცნიერება.

თერმოდინამიკაში კონცეფცია ფართოდ გამოიყენება თერმოდინამიკური სისტემა.

განმარტება: თერმოდინამიკური სისტემა ეწოდება მატერიალური სხეულების ერთობლიობას, რომლებიც ურთიერთქმედებენ როგორც ერთმანეთთან, ასევე გარემოსთან. განსახილველი სისტემის საზღვრებს გარეთ ყველა ორგანო ეწოდება გარემო.

ვინაიდან ერთი და იგივე სხეული, ერთი და იგივე ნივთიერება სხვადასხვა პირობებში შეიძლება იყოს სხვადასხვა მდგომარეობაში (მაგალითად: ყინული v წყალი v ორთქლი, ერთი ნივთიერება სხვადასხვა ტემპერატურაზე), მოხერხებულობისთვის შემოტანილია მატერიის მდგომარეობის მახასიათებლები - ე. წ მდგომარეობის პარამეტრები.

ჩვენ ჩამოვთვლით ნივთიერების მდგომარეობის ძირითად პარამეტრებს:

სხეულის ტემპერატურა - განსაზღვრავს სხეულებს შორის შესაძლო სპონტანური სითბოს გადაცემის მიმართულებას.

ამჟამად მსოფლიოში არსებობს ტემპერატურის რამდენიმე სასწორი და ტემპერატურის საზომი ერთეული. ყველაზე გავრცელებული ცელსიუსის მასშტაბი ევროპაში, სადაც ნულოვანი ტემპერატურა არის წყლის გაყინვის წერტილი ატმოსფერულ წნევაზე, ხოლო წყლის დუღილის წერტილი ატმოსფერულ წნევაზე აღებულია 100 გრადუსი ცელსიუსით (ºС). ჩრდილოეთ ამერიკაში გამოიყენება ფარენჰეიტის მასშტაბი. თერმოდინამიკური გამოთვლებისთვის ძალიან მოსახერხებელია აბსოლუტური მასშტაბი ან კელვინის მასშტაბი. აბსოლუტური ნულის ტემპერატურა აღებულია როგორც ნული ამ მასშტაბში, ამ ტემპერატურაზე ნივთიერებაში ნებისმიერი თერმული მოძრაობა ჩერდება. რიცხობრივად, ერთი გრადუსი კელვინი უდრის ერთ გრადუს ცელსიუსს.

აბსოლუტური მასშტაბით გამოხატული ტემპერატურა ეწოდება აბსოლუტური ტემპერატურა.

ცელსიუსის გრადუსიდან კელვინის გრადუსამდე გადასვლის თანაფარდობა:

T [K] = t [º C] + 273.15,

სადაც T არის ტემპერატურა კელვინში;

t არის ტემპერატურა ცელსიუს გრადუსებში.

წნევა არის ძალა, რომელიც მოქმედებს სხეულის ზედაპირზე ნორმალურად და დაკავშირებულია ამ ზედაპირის ერთეულ ფართობთან.

წნევის გასაზომად გამოიყენება სხვადასხვა საზომი ერთეული. სტანდარტული SI სისტემაში ერთეული არის პასკალი (Pa).

ერთეულებს შორის თანაფარდობა:

1 ბარი = 10 5 Pa

1 კგ / სმ 2 (ატმოსფერო) \u003d 9.8067 10 4 Pa

1 მმ Hg st (ვერცხლისწყლის მილიმეტრი) = 133 Pa

1 მმ w.c. Ხელოვნება. (წყლის სვეტის მილიმეტრი) = 9,8067 Pa

სიმკვრივე - ნივთიერების მასის თანაფარდობა იმ მოცულობასთან, რომელსაც ის იკავებს.

სპეციფიკური მოცულობა - სიმკვრივის ორმხრივი ე.ი. ნივთიერების მიერ დაკავებული მოცულობის თანაფარდობა მის მასასთან.

განმარტება: თუ სისტემაში შესული სხეულის რომელიმე პარამეტრი მაინც იცვლება თერმოდინამიკურ სისტემაში, მაშინ თერმოდინამიკური პროცესი .

ერთგვაროვანი სხეულის P, V, T მდგომარეობის ძირითადი თერმოდინამიკური პარამეტრები ერთმანეთზეა დამოკიდებული და ურთიერთდაკავშირებულია მდგომარეობის განტოლებით:

იდეალური გაზისთვის, მდგომარეობის განტოლება იწერება შემდეგნაირად:

P - წნევა

v - კონკრეტული მოცულობა

T - ტემპერატურა

R - გაზის მუდმივი (თითოეულ გაზს აქვს თავისი მნიშვნელობა)

თუ მდგომარეობის განტოლება ცნობილია, მაშინ უმარტივესი სისტემების მდგომარეობის დასადგენად საკმარისია ვიცოდეთ ორი დამოუკიდებელი ცვლადი 3-დან.

P \u003d f1 (v, t); v = f2 (P, T); T = f3 (v, P)

თერმოდინამიკური პროცესები ხშირად გამოსახულია მდგომარეობის გრაფიკებზე, სადაც მდგომარეობის პარამეტრები გამოსახულია ღერძების გასწვრივ. ასეთი გრაფიკის სიბრტყეზე წერტილები შეესაბამება სისტემის გარკვეულ მდგომარეობას, ხაზები გრაფიკზე შეესაბამება თერმოდინამიკურ პროცესებს, რომლებიც სისტემას გადააქვს ერთი მდგომარეობიდან მეორეში.

განვიხილოთ თერმოდინამიკური სისტემა, რომელიც შედგება დგუშის მქონე ჭურჭელში გაზის ერთი სხეულისგან v, ხოლო ჭურჭელი და დგუში ამ შემთხვევაში გარე გარემოა. მოდით, მაგალითად, ჭურჭელში გაზი გაცხელდეს, შესაძლებელია ორი შემთხვევა:

1) თუ დგუში ფიქსირდება და მოცულობა არ იცვლება, მაშინ ჭურჭელში იქნება წნევის მატება. ასეთ პროცესს ე.წ იზოქორიული(v=const) მუშაობს მუდმივ მოცულობაზე;

იზოქორული პროცესები P - T კოორდინატებში:

v1 >v2 >v3

2) თუ დგუში თავისუფალია, მაშინ გაცხელებული გაზი გაფართოვდება, მუდმივი წნევისას, ამ პროცესს ე.წ იზობარული(P=const) მუშაობს მუდმივი წნევით.

იზობარული პროცესები v - T კოორდინატებში

P1>P2>P3

თუ დგუშის გადაადგილებით შეცვლით ჭურჭელში გაზის მოცულობას, მაშინ აირის ტემპერატურაც შეიცვლება, თუმცა, გაზის შეკუმშვის დროს ჭურჭლის გაგრილებით და გაფართოების დროს გახურებით, შეგიძლიათ მიაღწიოთ ტემპერატურას. იყოს მუდმივი მოცულობისა და წნევის ცვლილებებით, ასეთ პროცესს ე.წ იზოთერმული(T=const).

იზოთერმული პროცესები P-v კოორდინატებში

პროცესს, რომლის დროსაც სისტემასა და გარემოს შორის სითბოს გაცვლა არ ხდება, ეწოდება ადიაბატური, ხოლო სისტემაში სითბოს რაოდენობა მუდმივი რჩება (Q=const). რეალურ ცხოვრებაში, ადიაბატური პროცესები არ არსებობს, რადგან შეუძლებელია სისტემის სრული იზოლირება გარემოსგან. თუმცა, ხშირად ხდება პროცესები, რომლებშიც სითბოს გაცვლა გარემოსთან ძალიან მცირეა, მაგალითად, ჭურჭელში გაზის სწრაფი შეკუმშვა დგუშით, როდესაც სითბოს ამოღების დრო არ აქვს დგუშისა და ჭურჭლის გაცხელების გამო.

ადიაბატური პროცესის სავარაუდო გრაფიკი P - v კოორდინატებში

განმარტება: წრიული პროცესი (ციკლი) - არის პროცესების ერთობლიობა, რომელიც აბრუნებს სისტემას საწყის მდგომარეობაში. ცალკეული პროცესების რაოდენობა შეიძლება იყოს ნებისმიერი რიცხვი მარყუჟში.

წრიული პროცესის კონცეფცია ჩვენთვის საკვანძოა თერმოდინამიკაში, რადგან ატომური ელექტროსადგურის მუშაობა ეფუძნება ორთქლის წყლის ციკლს, სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ჩვენ შეგვიძლია განვიხილოთ ბირთვში წყლის აორთქლება, ტურბინის ბრუნვა. როტორი ორთქლით, ორთქლის კონდენსაცია და წყლის დინება ბირთვში, როგორც ერთგვარი დახურული თერმოდინამიკური პროცესი ან ციკლი.

სითბო და შრომა.

პროცესში მონაწილე სხეულები ერთმანეთს ცვლიან ენერგიას. ზოგიერთი სხეულის ენერგია იზრდება, სხვები - მცირდება. ენერგიის გადაცემა ერთი სხეულიდან მეორეზე ხდება 2 გზით:

ენერგიის გადაცემის პირველი მეთოდი სხვადასხვა ტემპერატურის მქონე სხეულებთან პირდაპირი კონტაქტის დროს, კონტაქტური სხეულების მოლეკულებს შორის კინეტიკური ენერგიის გაცვლის გზით (ან სხივური გადაცემის ელექტრომაგნიტური ტალღების გამოყენებით).

ენერგია უფრო ცხელი სხეულიდან უფრო გრილზე გადადის.

მოლეკულების კინეტიკური მოძრაობის ენერგიას ეწოდება თერმული, ამიტომ ენერგიის გადაცემის ამ ხერხს ეწოდება ენერგიის გადაცემა სითბოს სახით. სხეულის მიერ სითბოს სახით მიღებული ენერგიის რაოდენობას ეწოდება მიწოდებული სითბო(კომუნიკაცია) და სხეულის მიერ სითბოს სახით გამოყოფილი ენერგიის რაოდენობა - სითბო ამოიღო(ამოღებული).

სითბოს ჩვეულებრივი აღნიშვნაა Q, განზომილება არის J. პრაქტიკულ გამოთვლებში მნიშვნელოვანი ხდება სითბოს და მასის თანაფარდობა - აღინიშნება სპეციფიკური სითბო. ქერთეული ჯ/კგ.

სითბოს შეყვანა დადებითია, ამოღებული სითბო უარყოფითია.

ენერგიის გადაცემის მეორე გზა დაკავშირებულია ძალის ველების ან გარე წნევის არსებობასთან. ამ გზით ენერგიის გადასატანად სხეულმა ან უნდა იმოძრაოს ძალის ველში, ან შეცვალოს მოცულობა გარე წნევის გავლენით.

ამ მეთოდს ე.წ ენერგიის გადაცემა სამუშაოს სახით.

თუ სხეულის მაგალითზე განვიხილავთ გაზს დგუშიან ჭურჭელში, მაშინ დგუშზე გარეგანი ძალის გამოყენების შემთხვევაში აირი შეკუმშულია - სხეულზე კეთდება მუშაობა, ხოლო იმ შემთხვევაში, თუ ჭურჭელში გაზის გაფართოება, დგუშის გადაადგილების სამუშაოს თავად სხეული (გაზი) ასრულებს.

სხეულის მიერ სამუშაოს სახით მიღებული ენერგიის რაოდენობას ეწოდება სხეულზე შესრულებული სამუშაო და მოცემული – სხეულის მიერ დახარჯული სამუშაო.

სამუშაოს სახით ენერგიის რაოდენობა ჩვეულებრივ აღინიშნება ლგანზომილება J. კონკრეტული სამუშაო- აღინიშნება სამუშაოს თანაფარდობა სხეულის წონასთან ლგანზომილება - J / კგ.

განმარტება: სამუშაო ორგანო - ნივთიერების გარკვეული რაოდენობა, რომელიც მონაწილეობს თერმოდინამიკურ ციკლში, ასრულებს სასარგებლო სამუშაოს.

RBMK რეაქტორის ქარხანაში სამუშაო სითხე არის წყალი, რომელიც, ორთქლის სახით ბირთვში აორთქლების შემდეგ, მუშაობს ტურბინაში, ბრუნავს როტორს.

განმარტება: ენერგიის გადაცემას თერმოდინამიკური პროცესში ერთი სხეულიდან მეორეზე, რომელიც დაკავშირებულია სამუშაო სითხის მოცულობის ცვლილებასთან, მის მოძრაობასთან გარე სივრცეში ან მისი პოზიციის ცვლილებასთან, ე.წ. პროცესის მუშაობა .

თერმოდინამიკის პირველი კანონი.

ფორმულირება: იზოლირებულ თერმოდინამიკურ სისტემაში ყველა სახის ენერგიის ჯამი მუდმივი მნიშვნელობაა.

ეს კანონი ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის უნივერსალური კანონის განსაკუთრებული შემთხვევაა, რომელიც ამბობს, რომ ენერგია არ ჩნდება და არ ქრება, არამედ მხოლოდ ერთი ფორმიდან მეორეში გადადის.

ამ კანონიდან გამომდინარეობს, რომ ერთი ან მრავალი სხეულისგან შემდგარ სისტემაში მთლიანი ენერგიის შემცირებას თან უნდა ახლდეს ენერგიის ზრდა სხეულთა სხვა სისტემაში.

არსებობს ამ კანონის სხვა ფორმულირებები:

1. ენერგიის გაჩენა ან განადგურება შეუძლებელია (ეს ფორმულირება საუბრობს ენერგიის არაფრიდან გაჩენისა და მისი არაფრად განადგურების შეუძლებლობაზე);

2. მოძრაობის ნებისმიერ ფორმას შეუძლია და უნდა გარდაიქმნას მოძრაობის ნებისმიერ სხვა ფორმად (ეს ფილოსოფიური ფორმულირება ხაზს უსვამს ენერგიის ურღვევობას და მის უნარს ურთიერთგადაქცევის ნებისმიერ სხვა სახის ენერგიად);

3. პირველი სახის მუდმივი მოძრაობის მანქანა შეუძლებელია. (პირველი სახის მუდმივი მოძრაობის მანქანა გაგებულია, როგორც მანქანა, რომელსაც შეუძლია შეასრულოს სამუშაოები ენერგიის წყაროს გამოყენების გარეშე);

4. სითბო და მუშაობა ენერგიის გადაცემის ერთადერთი შესაძლო ფორმაა ერთი სხეულიდან მეორეზე.

ენთალპია.

გასულ საუკუნეში გიბსმა შემოიტანა ახალი ფუნქცია თერმული გამოთვლების პრაქტიკაში - ენთალპია.

განმარტება: ენთალპია - არის სხეულის შინაგანი ენერგიის ჯამი და წნევისა და მოცულობის ნამრავლი.

I=U+PV

I - ენთალპია; U - შიდა ენერგია; P - წნევა; V - მოცულობა.

სპეციფიკური ენთალპია მეარის სხეულის ენთალპიის თანაფარდობა მის მასასთან.

სპეციფიკური ენთალპია არის მდგომარეობის პარამეტრი.

ორთქლისა და წყლის სპეციფიკური ენთალპიის მნიშვნელობა გარკვეულ წნევასა და ტემპერატურაზე შეგიძლიათ იხილოთ საცნობარო წიგნში. ამ მონაცემების გამოყენებით შესაძლებელია პროცესის ან პროცესის მუშაობაში ჩართული სითბოს რაოდენობის დადგენა.

ენტროპია

სითბო ქარ არის სახელმწიფო ფუნქცია, პროცესში გამოთავისუფლებული ან შთანთქმული სითბოს რაოდენობა დამოკიდებულია თავად პროცესზე. სახელმწიფო ფუნქცია არის ენტროპია სერთეული ჯ/კ

dS = dQ/T

dS - ენტროპიის დიფერენციალური; dQ - სითბოს დიფერენციალი; T არის აბსოლუტური ტემპერატურა;