Термодинамиканың бiрiншi заңы туралы қазақша реферат
Идеал газдың ішкі энергиясы
Идеал газдардың ішінде физикалық қасиеттері тұрғысынан ең қарапайымы — бір атомды газдар (гелий, неон, аргон және т.б.). Бұл модельде молекулалар (атомдар) бір-бірімен өзара әсерлесудің потенциалдық энергиясын елемеуге болатындай әлсіз әрекеттеседі.
Сондықтан идеал газдың ішкі энергиясы толықтай оның молекулаларының (атомдарының) ретсіз қозғалысының кинетикалық энергиясымен анықталады.
Бір атомды газ үшін ішкі энергияның өрнегі
Массасы m болатын бір атомды газ үшін ішкі энергия бір атомның орташа кинетикалық энергиясын барлық атом санына көбейту арқылы табылады. Орташа кинетикалық энергия E = 3kT/2, ал атомдар саны N = mNₐ/M.
kNₐ = R екенін ескерсек, бір атомды идеал газдың ішкі энергиясы:
U = 3mRT / (2M)
Мұндағы R — әмбебап газ тұрақтысы, M — молярлық масса, T — абсолют температура.
Бір атомды идеал газда молекулалардың өзара әсерлесуінің потенциалдық энергиясы нөлге тең, сондықтан ішкі энергия көлемге де, қысымға да тәуелді емес. Ішкі энергия тек температура өзгергенде ғана өзгереді.
Нақты газдар мен конденсацияланған күйлер
Нақты газдар мен сұйықтарда молекулалардың орташа потенциалдық энергиясы нөлден өзгеше болады. Газдарда ол әдетте кинетикалық энергиямен салыстырғанда өте кіші, ал сұйықтар мен қатты денелерде кинетикалық энергиямен шамалас болуы мүмкін.
Демек, жалпы жағдайда ішкі энергия тек температураға ғана емес, сондай-ақ ортаның көлеміне (немесе тығыздығына) да тәуелді болады.
Термодинамиканың бірінші заңы
Көптеген тәжірибелік деректерді жинақтау нәтижесінде энергияның сақталуының жалпылама қағидасы тұжырымдалды: табиғатта энергия жоқтан пайда болмайды және жоғалмайды — ол тек бір түрден екінші түрге ауысады. Жылулық құбылыстарға қатысты осы қағида термодинамиканың бірінші заңы деп аталады.
Заңның тұжырымы
Жүйе U₁ күйден U₂ күйге ауысқанда, ішкі энергияның өзгерісі жүйеге берілген жылу мөлшері мен сыртқы күштердің жұмысының қосындысына тең:
ΔU = A + Q
- Q — жүйеге берілген (немесе жүйеден алынған) жылу мөлшері.
- A — сыртқы күштердің жүйеге істеген жұмысы (таңба келісімі осы түрде алынған).
Егер жүйе жылу өткізбейтін болса (Q = 0) және механикалық жұмыс та атқарылмаса (A = 0), онда ΔU = 0, яғни U₁ = U₂: тұйық жүйенің ішкі энергиясы өзгермейді (сақталады). Бұл нәтиже жылулық баланс теңдеуін шығаруда жиі қолданылады.
Мәңгілік двигатель неге мүмкін емес?
Термодинамиканың бірінші заңынан ешқандай энергетикалық шығынсыз шексіз мөлшерде жұмыс атқара алатын қондырғыны — мәңгілік двигательді — жасау мүмкін еместігі шығады.
Егер жүйеге жылу берілмесе (Q = 0), онда атқарылатын жұмыс ішкі энергияның кемуі есебінен ғана орындалар еді:
A = ΔU
Энергия қоры таусылғаннан кейін мұндай двигатель жұмысын тоқтатады. Сондықтан энергияны сырттан толықтырмай, шексіз жұмыс өндіру мүмкін емес.