Қазақстан Республикасы білім және ғылым министрлігі

С. Аманжолов атындағы Шығыс Қазақстан мемлекеттік университеті

Қайырбекова Ж.М.

Энтропия және оның қасиеті тақырыбына заманауи технологияларды қолдану

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

5В011000 «Физика» - мамандығы

Өскемен 2016

Қазақстан республикасы білім және ғылым министрлігі

С. Аманжолов атындағы Шығыс Қазақстан мемлекеттік университеті

«Қорғауға жіберілді» «___»_______________2016 ж. «Физика және технологиялар » кафедрасы меңгерушісі ______________Г.С.Бектасова

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

Тақырыбы: Энтропия және оның қасиеті тақырыбына заманауи технологияларды қолдану

5В011000 «Физика» – мамандығы бойынша

Орындаған 4 Д тобының студенті	Ж.М.Қайырбекова
Ғылыми жетекші аға оқытушы «__»_________2016 ж.	М.С. Жапарова
Нормабақылаушы	Г.Ж. Аскергалиева
«__»_________2016 ж.

Өскемен 2016

Мазмұны

Кіріспе			4
11	Энтропия ұғымын меңгеру үшін оны классикалық термодинамика көзқарасында қарастыру
11.1	Термодинамика туралы жалпы түсінік
11.2	Термодинамиканың екінші бастамасы
11.3	Қайтымды және қайтымсыз үрдістер. Карно циклі
11.4	Температураның термодинамикалық шкаласы
11.5	Клаузиус теңсіздігі
2	Энтропияны ықтималдық теория көзқарасында қарастыру
22.1	Больцман формуласы
22.2	Термодинамиканың екінші бастамасын қолдану шегі.Флуктуация.Синергетиканың болжамы.
3	Орта мектепте физика курсындағы Термодинамиканың ІІ бастамасына энтропия ұғымын негізі ретінде оқыту әдістемесін қарастыру.
33.1	Энтропия ұғымы негізінде термодинамиканың екінші бастамасын меңгерудегі әдістемелік тәсіл.
33.2	«Термодинамиканың екінші бастамасы-энтропия туралы заң» тақырыбына жүргізілген сабақтың әдіснамалық жоспары
23.3	Жоғарғы оқу орындарында энтропия тақырыбына қатысты есептер жинақтау және шығару әдістемесі.
Қорытынды Әдебиеттер тізімі Қосымша А Топырақ эрозиясы Қосымша В Топырақ құрамы

1.1 Термодинамика туралы жалпы түсінік.

Бізді қоршаған Әлемді құрайтын әрбір материяның өзіне тән ерекшеліктері мен жүзеге асу заңдылықтары бар.Кез-келген құбылысты, оның жүзеге асу себептерін білу үшін ғылымда көптеген тәжірибелік жұмыстар жүргізіліп, соның нәтижесінде әр түрлі деңгейдегі нақты теориялар тұжырымдалған .

Ежелгі уақыттан бері табиғи үрдістердің дамуы үшін ғылымда 2 түрлі тенденция айқындалған болатын:

1. Үрдістердің хаосқа ұмтылуы және жойылуы.

2. Реттелген және қалыпты пішімдерінің болуы.

Осы екі тенденцияға сүйене отырып, Әлемді құрайтын әрбір материя немесе зат өзгеріске ұшырайды және осы аксиома арқылы физика Әлемде мәңгілік ештеңе жоқ екенін дәлелдейді.

Физика- қоршаған ортаны құрайтын материялар, олардың өзара әрекетін, әр түрлі физикалық құбылыстарды зерттейтін жаратылыстану ғылымы.

Табиғаттың тылсым жұмбақтарын шешуге бағытталған физика ғылымының салалары да, қарастырып зерттейтін бағыттары да өте көп.Соның бірі молекулалық физиканың үлкен бір тарауы термодинамика болып табылады.

Адамдар ертеден суық пен ыстықтың ара-жігін айырып, температураны дененің жылыну дәрежесін сипаттайды деп есептеген. Жылу жайлы ғылымның дамуы температураны өлшеуге арналған құрал -термометрдің пайда болуымен басталады.Осындай қажеттіліктен, «Неге?» деген сұрақтарға жауап беру үшін жаңа ғылым дүниеге келді.Ол- термодинамика.

Макроскопиялық денелердің, былайша айтқанда, өте көп микробөлшектерден(молекулалар, атомдар, иондар, электрондар т.с.с.) тұратын денелердің физикалық қасиеттерін зерттейтін физика бөлімдерінің бірі термодинамика болып табылады.Осы қасиеттерді зерттеу үшін сапалы түрде алшақ және бірін-бірі толықтыратын екі әдіс қолданылады:молекулалық-кинетикалық(статистикалық ) және термодинамикалық.

Жүйелерді құрайтын микробөлшектердің қозғалысы сипаттамаларының орташаланған мәндері негізінде макроскопиялық жүйелердің қасиеттерін зерттеу әдісі молекулалық-кинетикалық деп аталады.

Жүйелерде жүретін энергияның алмасу заңдарына сүйене отырып, макроскопиялық жүйелердің қасиеттерін зерттеу әдісі термодинамиаклық деп аталады.

Денелерді және денелер жүйесінің жылулық, статистикалық қасиеттерін зерттеуде термодинамика бөлімінде аталған екі әдісті де қолдануымызға болады.Өйткені, олар бір-бірімен өзара байланысты.

Жалпы, термодинамика дегеніміз (грек тілінен аударғанда «thermo» - "жылу", «dinamycs» - "күш") - физика ғылымындағы жылудың жұмыс және басқа энергия түрлерімен арадағы қарым-қатынасын зерттейтін тармағы.

Термодинамика ХІХ ғасырдың І жартысында ғана дами бастады.Ең алғаш рет жылу техникасының теориялық негізі ретінде пайда болды.Сол уақыттағы басты мақсаты – жылу қозғалтқыштарында жылудың механикалық жұмысқа айналуын зерттеу болды.

Кейінірек, термодинамиканың зерттеу ауқымы кеңейіп, жылудың бір денеден екінші денеге берілуін және осы кезде өтетін физикалық үрдістерді тексереді.Қазіргі кездегі термодинамика әртүрлі энергиялардың арасындағы байланысты қарастыратын ғылым.

Термодинамика - аса көп микробөлшектерден тұратын, макрожүйелердегі болатын физикалық үрдістерді зерттейтін феноменологиялық теория.Микробөлшектер ретінде атомдарды, молекулаларды , иондарды, фотондарды және т.б. алуға болады.Бірақ термодинамика заттардың ішкі атомдық-молекулалық құрылысы туралы мәліметтерге сүйенбей-ақ тек оларды жалпы түрде сипаттайтын, тәжірибеде өлшеуге болатын параметрлер (қысым, температура, көлем, ерітінді концентрациясы т.с.с ) арқылы өрнектейді.Сондықтан термодинамикалық әдісті жалпы барлық макрожүйелерге қолдануға болады.Оны тек физикада ғана емес, химияда, техникада, астрономияда осы сияқты басқа да ғылыми- техникалық салаларда пайдаланады.

Макрожүйелер тепе-теңдік күйде тұруы да, тұрмауы да мүмкін.Термодинамиканың тепе-теңсіздік күйдегі жүйені зерттейтін бөлігін физикалық кинетика деп атайды. Ол әлі жақсы зерттелмеген ғылым бөлігі.

Біз қарастыратын алдағы физикалық құбылыстардың барлығы тепе-теңдік күйде болады.

Термодинамиканың негізін құрайтын 4 заңы бар.Осы заңдылықтары арқылы көптеген жылулық және физикалық құбылыстардың мәнін түсінуге болады:

- ең алғашқысы – «Температура» түсінігінің өзінде мән-мағына жатыр;

- энергияның сақталу және айналу заңы;

- термодинамикалық үрдістердің өту бағытын сипаттайды.Энтропия

қағидасы.(Карно циклі, адиабаталық сығылу және ұлғаю);

- табиғатта ешқашан қол жете алмайтын өте төмен абсолют температура

бар екенін айтады.

Осы заңдылықтардың көмегімен адамзат барлық материяның қасиетін танып қана қоймай, Әлемнің болашағын алдын-ала білуге мүмкіндік алды.

Ғалымдардың ғылыми зерттеулері мен жүргізген тәжірибелері нәтижесінде термодинамиканың негізін құрайтын постулаттар жиынтығы термодинамиканың бастамалары ретінде белгіленген болатын. Табиғатта жылулық құбыластарды басқаратын заңдар қарапайым болып келеді. Жалпы айтқанда, термодинамиканың барлық заңдары екі бастамаға негізделіп ашылған болатын. Оларды Клаузиус пен Томсон тәжірибелер мен есептеулер жүргізу арқылы құрастырған.

Термодинмиканың бірінші бастамасы- энергияның сақталу және басқа түрге ауысу заңының жылулық үрдістерде қолдану түрі.Бұл бастамада жылу мен механикалық жұмыстың эквиваленттілік қағидасын қамтылады(осы қағида арқылы механика бөліміндегі энергияның сақталу заңынан ерекшеленеді).Оның математикалық өрнегі ХІХ ғасырдың ортасында жылу мен физикалық жұмыстың эквиваленттігін тағайындау жолындағы тәжірибелер мен теориялық зерттеулердің нәтижесінде туған, оны біз келесі формула арқылы көре аламыз (1).

(1)

Термодинамиканың бірінші бастамасының математикалық жазбасы.

Бұл заң бойынша жүйелердің ішкі энергиясы U оның берілген күйінің бірмәнді функциясы және ол тек сыртқы әсерлердің есебінен ғана өзгереді.Яғни, ішкі энергияны өзгеруі тек:

- қарастырып отырған дененің өзі жұмыс жасауынан не сыртқы күштер

осы денеде жұмыс атқарудан;

-денені қыздырғышпен немесе суытқышпен байланысқа келтіруден

болуы мүмкін.

Термодиканмиканың бірінші бастамасы тек энергияның сақталу және айналу заңдылығы ғана емес, сонымен қатар энергияны шығындамай жұмыс жасамайтын бірінші ретті мәңгілік қозғалтқыш жасау мүмкін еместігін дәлелдеген еді.

Термодинамиканың екінші бастамасы- жылулық қозғалыс негізінде болатын құбылыстардың заңдылықтарын өрнектейтін негізгі тұжырым, әрі энергияның денелер арасында алмасының бір түрі.Ол жылулық қозғалыстарды сыртқы параметрлерге байланысты макрaсоптық заңдылықтарын анықтап береді.

Термодинамиканың екінші бастамасы энтропия туралы заң болып есептеледі.

Термодинамиканың үшінші бастамасы(Нернст теоремасы)- температура нөлге ұмтылғанда барлық денелердің энтропиясы да нөлге ұмтылады.Бұл дегенімізі денелердің барлығын абсолютті температураға дейін салқындата алмаймыз деген сөз. Нернст теоремасы іс жүзінде кванттық механиканың салдары болып табылады.Әрине, ол туралы ғалым білген жоқ, бірақ нақты түрде өз теориясын жылулық теорияға жатқызған еді.