29. Термодинамикалық тепе-теңсіз жүйелердегі тасымалдау құбылыстары. Жылуөткізгіштік (Фурье заңы).

Жылуөткізгіштік – газдың температурасы жоғары, яғни, энергиясы жоғары қабатынан температурасы төмен, яғни, энергиясы төмен қабатына жылу тасымалдау құбылысы. Молекулалардың ретсіз жылулық қозғалысы газдың ішкі энергиясының бағытталған тасымалдауын тудырады. Газдың жылы қабатындағы молекулалар суық қабатқа өткенде энергиясының бір бөлігін өзін қоршап тұрған бөлшектерге береді.

Егер газ температурасы х өсі бағытында өзгеретін болса, онда оның ішкі энергияның жылуөткізгіштік арқылы осы бағытта тасымалдауны Фурье заңымен сипатталады:

мұндағы – dt уақытта аудан арқылы оған перпендикуляр бағытта жылуөткізгіштік арқылы тасымалданатын жылу мөлшері; – температура градиенті; – жылуөткізгіштік коэффициенті. Минус таңбасы ішкі энергияның температураның кему бағытында таралатынын көрсетеді. Бірлік уақытта бірлік аудан арқылы өтетін жылу мөлшері жылу ағынының тығыздығы деп аталады:

= н/е .

Молекула–кинетикалық теория арқылы жылуөткізгіштік коэффициенті үшін келесі өрнекті табуға болады:

мұндағы - бөлшектер қозғалысының орташа арифметикалық жылдамдығы, , - молекулалардың еркін жүру жолының орташа ұзындығы, - газ тығыздығы, - газдың тұрақты көлемдегі меншікті жылу сыйымдылығы (ол заттың берілген температурадағы ішкі энергиясын анықтайды ).

30. Газдардың жылусыйымдылықтары. Тұрақты көлем және тұрақты қысым кезіндегі мольдік жылусыйымдылықтар. Майер теңдеуі.

Массасы кез-келген мәңді дененің температурасын 1 К-ге арттыруға қажет жылу мөлшерін жылу сыйымдылық деп атайды. Біртекті денелердің жылулық қасиетін меншікті және мольдік жылу сыйымдылықтармен сипаттайды.

Меншікті жылу сыйымдылық – 1 кг затты 1 К-ге қыздыруға қажетті жылу мөлшерімен анықталатын шама.

Мольдік жылу сыйымдылық - 1 моль затты 1 К-ге қыздыруға қажетті жылу мөлшерімен анықталатын шама.

[c] =1Дж/(кг×К), [C] =1Дж/(моль×К).

Егер затты қыздыру процесінде оның көлемі немесе қысымы тұрақты сақталатын болса, онда жылу сыйымдылықтар (меншік және мольдік) тұрақты көлемдегі (   және   ) және тұрақты қысымдағы (   және   ) болып бөлінеді.

Тұрақты көлемдегі мольдік жылу сыйымдылық:   .

Майер теңдеуі:

яғни   мәні   -дан әрқашанда мольдік газ тұрақтысына артық болады. Ол тұрақты қысымда газды қыздыру кезінде газды ұлғайтуға қажетті жұмыс жасау үшін тағы да қосымша жылу мөлшері қажет екендігімен түсіндіріледі, демек қысымның тұрақтылығы газ көлемінің артуымен болады.

Тұрақты қысымдағы мольдік жылу сыйымдылық: 

Әрбір газ үшін термодинамикалық процестерді қарастырғанда мына өрнекті білу қажет:

.  

31. Термодинамиканың бірінші бастамасы. Жүйенің ішкі энергиясы. Жұмыс және жылу.

Термодинамикада макраскопиялық денелердің жылулық қасиеттері олардың микроскопиялық табиғатымен байланыстырылмай, көптеген тәжірибелер арқылы анықталған, бастамалар деп аталтын негізгі үш заңға сүйеніп зерттеледі. Термодинамиканың бірінші бастамасы энергияның сақталу және түрлену заңдарын сипаттайды.

Ішкі энергия жүйедегі барлық микробөлшектердің – атомдар мен молекулалардың қозғалыс энергияларынан және олардың өзара әсерлесу энергияларынан құралады. өрнектен идеал газдың ішкі энергиясы тек температураға тәуелді екендігі, яғни, ол жүйенің бірмәнді күй функциясы болатынын көреміз. Кез-келген жүйенің ішкі энергиясының мәні оның бұл күйге қалай келгеніне тәуелді болмайды. Басқаша айтқанда, жүйе 1 күйден 2 күйге өткенде оның ішкі энергиясының өзгерісі оның соңғы және бастапқы энергияларының айырымына тең. Сондықтан, жүйе қандай-да бір процестерден соң бастапқы күйге қайта оралса, онда ішкі энергияның өзгерісі нольге тең болады: . Олай болса, ішкі энергияның элементар өзгерісі толық дифференциал болып табылады.

Тұйық термодинамикалық жүйе сыртқы денелермен екі түрлі әдіспен: жұмыс жасау және жылу алмасу арқылы энергия алмаса алады. Бірінші әдіс бойынша денелер өзара күштік әсерлесу арқылы энергия алмасады. Жұмыс жасау кезінде энергия жүйеге берілсе, онда жұмыс жүйені өзгертуге жасалды дейді. Ауданы S қозғалмалы поршені бар ыдыс ішіндегі газ ұлғайғандағы және сығылғандағы жасалатын жұмысты қарастырайық.

Поршенді ыдыстығы газдың жұмысы

Сыртқы қысым болса, онда поршенге әсер етуші күш: . Поршень аз шамаға орын ауыстырғанда, газ ол күшке қарсы жұмыс жасайды: Поршень аз шамаға орын ауыстырғанда, газ ол күшке қарсы жұмыс жасайды:

мұндағы –газ көлемінің өзгерісі. Егер газ көлемі квазистатикалық түрде өзгерсе, онда жүйе кез-келген уақытта сыртқы ортамен қысыммен тепе-теңдікте болады. Тепе-теңдік процесс кезінде газдың көлемі өзгергенде жасалатын элементар жұмыс болады.

Газдың қысымы әрқашан оң ( ). Сондықтан, ұлғаю кезінде ( ) газ оң жұмыс жасайды ( ), ал сығылу кезінде ( ) газ теріс жұмыс жасайды ( ). Сыртқы денелерден жүйеге энергияның жылуалмасу арқылы берілуі жылу деп аталады. Жылуалмасу әртүрлі температурадағы денелер арасында немесе бір дененің бөлшектері арасында жүреді. Жылуалмасу конвективтік, жылуөткізгіштік, сәулелік болып үшке бөлінеді. Конвективтік жылуалмасу – температурасы әртүрлі газ, сұйықтық, қатты денелер қозғалысы арқылы немесе газ бен сұйықтықтың температурасы әртүрлі бөліктерінің қозғалысы арқылы жүреді. Жылуалмасу – дененің әртүрлі дәрежеде қызған бөліктері арасында жүреді. Сәулелік жылуалмасу (радиациалық жылуалмасу) денелердің бір-бірімен тікелей түйісусіз, тек электрмагниттік энергия шығару немесе жұту арқылы жүреді.

Жылуалмасу мен жұмыстың ішкі энергиядан ерекшелігі, олар жүйе күйін емес жүйе күйінің өзгерісін сипаттайды. Олар жүйе күйі өзгерісінің энергетикалық сипаттамасы болғандықтан, жылуалмасу мен жұмыстың мәндері процесс түріне тәуелді болады. Жылу мен жұмыс жүйенің энергия түріне жатпайды. Дененің жылу немесе жұмыс қоры деген түсінік жоқ.Сондықтан мен күй функциясы емес, процесс функциясы.