11)Термод-ң 2ші заңы.Оның анықтамалары ж/е матем-қ өрнектері. Қайтымды ж/е қайтымсыз процестердің энтропиясының өзгерісі.

Процестің бағыты мен оның жүру шегін анықтауда терм-ң 1ші заңы жеткіліксіз б-ды.Бұл терм-ң 2ші заңының орнатылуына себеп болды.Терм-ң 2ші бастамасы оның 1ші бастамасы секілді постулат болып табылады.Яғни одан шығатын тұжырымдамалардың барлығы осы күнге дейін тәжірибеде дәлелденіп келеді.1824ж С.Карно терм-ң 2ші бастамасының негізгі қағидасын орнатты.XIXғ ортасында Клаузиус,Томсон мен Максвелл терм-ң 2ші заңы табиғаттың жалпы заңдарының бірі екенін атап өтті.

Терм-ң 2ші заңының көптеген анықтамалары бар.Олардың барлығы бір-біріне тең шамалы ж/е логикалық түрде тұжырымдалады.Анықтамаларға тоқталсақ.

Клаузиус анықтамасы:жылу өздігінен,яғни ешқандай теңесусіз,суық денеден ыстық денеге ауыспайды.Ал ауысатын б-са,онда міндетті түрде жүйеде қосымша өзгерістер б-ды.

Томсон анық-сы:ешқандай процестердің арақатынасы тек жылудың жұмысқа өтуіне негізделмейді,ал жұмыстың жылуға айналуы процестердің жалғыз нәтижесі болуы мүмкін.

Оствальд анық-сы:Екінші текті мәңгілік қозғалтқтышты құру мүмкін емес. Екінші текті қозғалтқыш ретінде тек сыртқы ортадан берілетін жылу арқылы ғана жұмыс жасайтын машина қарастырылады.

Енді осы анықтамаларды мағынасын түсіндірсек.Негізінде жылудың жұмысқа өтуі мүмкін.Ол процес кез-келген жылулық машиналардың жұмысы кезінде өтеді.Яғни машина өз жұмысын белгілі бір жылубергіштен жылу сіңіруі арқ жасайды.Бірақ жұмыс денесі алатын q₁ жылуы жұмысқа толығымен айналмайды,оның бір бөлігі ғана А= q₁- q₂.Ал жылудың қалған бөлігі q₂ темп-сы төмен денеге өтеді(жылуқабылдағыш).Қорыта айтқанда ондай машинаның жұмысы бірмезгілде жылубергіштен q₁ жылуын алып А жұмысын жасау мен белгілі бір q₂ жылуын темп-сы төмен жылуқабылдағышқа беруге негізделеді.

Жасалынған жұмыс мөлшерінің жұмыс денесіне жылубергіш 0берген q₁

жылу мөлшерінің қатынасы пайдалы әсер коэффиценті деп аталады.Осы шаманы қолдана отырып терм-ң 2ші заңына мынадай анықтама беруге болады:жылулық машинаның ПӘК-нің ең үлкен мәні жұмысқа қатысатын дене мен заттың табиғаты мен түріне тәуелді емес,ол тек қана жылубергіш пен жылуқабылдағыштың темп-на тәуелді.

Терм-ң 2ші заңын математиккалық түрде өрнектеу үшін Карно циклі деп аталатын термодинамикалық цикл қарастырылады.Терм-ң 2ші заңы Карно циклінің ПӘК-і тең болатынын қатаң түрде көрсетеді.

Қайтымды ж/е қайтымсыз процестердің энтропиясының өзгерісі.

Қайтымсыз процестер үшін энтропияның өзгерісі процестің жылуымен мына теңсіздіктер арқ н/е (1)

(2)

ж/е T (3)

байланысқан.Сондықтан мәліметтер б-ша қайтымсыз процестердің энтропиясын есептеуге болмайды.Бірақ қайтымды ж/е қайтымсыз процестерде энтропия өзгерісі бірдей б/ды,өйт энтропия күй функциясы. Сонда реал қайтымсыз процестің энтрописын есептеу үшін процесті ойша қайтымды етіп жүргізіп,қайтымды процес үшін энтропия теңдеуімен оның өзгерісін есептеуге б-ды.Әртүрлі процестер үшін энтропия өзгерісін есептеу:

1.Кез-келген заттың изотермиялық процесі үшін(Т=const).Ойша изотермиялық процесті қайтымды етіп жүргізіп,энтропия өзгерісін мына теңдікпен есептейміз:

2.Тұрақты көлемде кез келген затты Т₁ темп-дан Т₂ темп-ға қыздырған кезде.Бұл жағдайда процестің жылуы күй функциясының қасиеттеріне ие б/ды ж/е процес жолына тәуелсіз б/ды. теңдігендегі шамасын теңдігіне қойсақ мына теңдік шығады:

Егер = const деп жуықтасақ,онда тең болады.

3.Тұрақты қысым кезде(p=const):

Егер = constб/са,онда

4.Идеал газдарға арналған әртүрлі процестер үшін энтропия өзгерісі мына теңдіктерден шығады: ж/е

Сонда:

Егер = constб/са,онда

Идеал газ үшін = ж/е екенін ескере отырып теңдікті былай жазуға да болады:

Изотермиялық процесте = const ж/е екенін ескере отырып, мына формуланы қорытамыз:

Изохоралық процесте = constж/е ,сонда

Изобаралық процесте = constж/е болғандықтан,

Тұрақты қысым мен темп-да өтетін қайтымсыз химиялық р-яның энтропия өзгерісін анықтау үшін ойша сол р-яны қайтымды етіп жүргізу керек.Сонда

δQ=dU+δA ж/е δA_{қайтымды}=δА’_m+pdV теңдіктерінен шығады:

δQ_{қайтымды}=dU+ δА’_m+pdV

T=const пен p=const болғанда:

δQ_{қайтымды}=dH+ δА’_m бұдан

,мұндағы - хим-қ р-яның жылулық эффектісі; - хим-қ р-яның максимал пайдалы жұмысы.

12)Карно циклі,оның ПӘК.Карно теоремасы. Энтропия,оның физикалық мағынасы.Карно циклі – 4 процестен: газдың Т₁ темп-ғы изотермиялық ұлғаю, Т₂ темп-ғы изотемиялық сығылу, адиабаталық ұлғаю мен сығылудан құралған қайтымды цикл.Бұл циклдің p,V координаталы жазықтығындағы проекциясы мына түрде б-ды.

Идеал газдың бір молі үшін жеке процестер мен бүкіл циклдік процесс үшін жылу мен жұмысты қарастырамыз.AB мен CD бөліктеріндегі изотермиялық процестердің жұмысы процесс жылуларына тең болып келеді ж/е мына теңдіктермен анықталады:

ж/е (1)

мұнд, – A,B,C ж/е D нүктелеріне сәйкесінше келетін күйлердегі 1 моль газдың көлемі.

BC ж/е DA бөліктеріндегі адиабаталық процестердің жұмысы мына теңдіктер арқ өрнектеледі: ж/е (2)

Газдың ж/е көлемдері өзара мына қатынас арқылы байланысады: ж/е , мұнд.

тұрақты қысым мен көлемде газдың мольдік жылусыйымдылықтарының қатынасы.Екінші теңдікті бірінші теңдікке бөлсек,мынадай теңдік аламыз: не/се .

V₃/V₄-ті V₂/V₁ мәнімен алмастырып,циклдегі 4 процестің жұмысын қосамыз: (3)

Газдың ішкі энергиясы өзгермейді,ал газдың жасаған жұмысы тұрақты Т₁ темп-сы бар белгілі бір жылу көзінен(қызырғыш) жүйе сіңірген жылуы әрекетінен жасалынады. Бірақ жылудың бір бөлігі ғана жұмысқа айналады. Жылудың қалған бөлігі- газбен сыртқы ортаға- тұрақты Т₂ темп-сы бар денеге(суытқыш) беріледі.Сондықтан А= болады.

қатынасы бір циклда газдың сіңірген жылуының қандай бөлігі жұмысқа өткендіген көрсетеді.Ол циклдің пайдалы әсер коэффиценті(ПӘК) д/ат. (1) ж/е (2) теңдіктерден : , мұнд шамасы температуралар айырымына тәуелді.

Карно теоремасы.Карно циклінің ПӘК сол температуралық аралықтағы кез-келген циклдің ірекетінің ПӘК-нен үлкен б-ды.

Энтропия,оның физикалық мағынасы. теңдеуін алатын болсақ Карно машинасында қыздырғыш пен суытқыштың келтірілген жылулары бір-біріне тең.Бұл теңдеуді түрлендірсек: (1)

Жылу машинасының температурасы мен оның жылу көзінің температурасы бірдей б-са,онда бұлар бір-бірімен термиялық тепе-теңдікте болып,жүйеде ешбір процесс жүрмейді.Темп-ра айырмасы өте аз санға тең болған жағдайда жылу ауысу процесі термиялық тепе-теңдікке өте жақын өтеді.

Берілген бір қайтымды циклді өте көптеген Карно циклдеріне бөлеміз.Ол үшін көптеген адиабаталар мен изотермалар жүргіземіз(1-сурет).Сонда әрбір циклдегі жылу δQ₁, δQ₂, δQ₃...болады да барлық келтірілген жылулардың қосындысы (1)-теңдеу б-ша 0-ге тең б-ды,демек:

(2)

Математика тілінде мұндай қосындының шегі тұйық интегралға тең б-ды:

(3)

Тұйық интеграл нольге тең б-са интегралдың астындағы шамаға сәйкес қандай да бір функция болуға тиіс.Ж/е бұл функция күй функциясы б-ды. Бұл функцияны S деп белгілейміз.(3)-теңдеудегі интегралдың астындағы өрнекті S-күй функциясы деп белгілесек,оның толық дифференциалы:

S-функциясын ең алғаш Клаузиус ұсынды.Ол бұл функ-ны энтропия д/ат. Кез-келген процестегі энтропияның өзгерісі тек бастапқы ж/е соңғы күйіне тәуелді,ал ауысудың жолынан тәуелсіз.

Планк постулаты:индивидуал кристалды заттың энтропиясы абсолютті ноль температурасында нөлге тең.

S₀=0.Планк постулаты тек кристалдары идеал құрастырылған индивидуал заттарға ғана орындалады.Ондай кристалдар идеал қатты дене деп ат.Бірақ

реал кристалдар ондай болып табылмайды,олардың кристалды решеткалары идеал емес. Негізінде идеал құрастырылған кристалдар зат күйінің шегі,астракция болып табылады.