5. Ішкі энергия күй функциясы ретінде.

Егер жүйенің потенциялды энергиясы жүйеде қозғалыс болмаған жағдайда нөлге тең болса, онда жүйенің толық энергиясы оның тек ішкі энергиясынан ғана тұрады.

Физикалық тұрғыдан ішкі энергия – дененің ішкі күйіне ғана байланысты анықталатын энергия. Ішкі энергия молекулалардың жылулық энергиясы мен молекула аралық және молекулалар ішіндегі өз ара әсер энергияларының жиынтығына тең.

Термодинамикалық жүйенің ішкі энергиясы деп жүйеде тұжырымдалған энергияны айтады. Идеал газдардың ішкі энергиясы газ атомы мен молкеулаларының кинетикалық энергияларынан, ал нақты газдікі оған қосымша, бөлшектердің өзара әрекеттесу потенциял энергиясынан құралады

, (2.1)

мұндағы U_k, U_n - кинетикалық және потенциял энергиялар.

Молекулалы – кинетика теориясы бойынша (1.3 теңдеуіне қара) молекула мен атомдардың ілгерілемелік қозғалысының кинетикалық энергиясы температураның бір мәнді функциясы болып есептеледі. Температура нөлге ұмтылғанда кинетикалық энергияда U_k нөлге ұмтылады. Сондықтанда t=0 ⁰C тең болғанда, ішкі энергияда нөлге тең деп есептеледі U=0.

Заттың масса бірлігінің ішкі энергиясы үлесті ішкі энергия деп аталады. Массасы m, ішкі энергиясы U біртекті заттың үлесті ішкі энергиясы

, (2.2)

Нақты газдардың ішкі энергиясы газдың температурасы мен көлеміне байланысты. Ал газ көлемінде молекулалар ара қатынас күшінің энергиясы болмайтын идеал газдар үшін, олардың ішкі энергиясының мәні тек қана жұмыстық дененің температурасымен анықталады.

6. Термодинамикадағы жұмыс. Жылу. Термодинамикадағы жұмыс. Термодинамикада қозғалыстағы ортаның аз бөлшектерiнiң бiр-бiрiне қатысты орын ауыстыруы ғана қарастырылады. Нәтижесiнде дене көлемi, оның iшкi энергиясы өзгередi. Дене жылдамдығы тұтасымен алғанда нөлге тең болып қалады. Жұмыс классикалық механикадағы сияқты анықталады, бiрақ ол дененiң кинетикалық энергисының өзгеруiне емес, оның iшкi энергиясының өзгеруiне тең болады. Мысалы, газдардың сығылуы кезiнде поршень өзiнiң механикалық энергиясының бiр бөлiгiн газдарға бергендiктен, молекулалардың кинетикалық энергиясы ұлғаяды, газ қызады. Керiсiнше, егер газ ұлғайса, онда алыстаған поршенмен соқтығысқаннан кейiн молекулалардың жылдамдығы азайып, газ суиды. Жұмысты есептеу. Қозғалмалы ортаның көлемi өзгергендегi iстелген жұмыс мынаған тең болады А′ = p·(V₂-V₁) = p·ΔV. (3.1)

3.1-сурет

3.2-сурет

Ұлғаю кезiнде (V₂ > V₁) газ оң жұмыс жасайды: А′>0. Сығылу кезiнде V₂<V₁, сондықтан оның жұмысы терiс болады: А′<0. Керiсiнше, газ сығылған кездегi сыртқы күштердiң жұмысы оң болады да, газ қыза бастайды. Ұлғаю кезiнде сыртқы күштердiң жұмысы терiс болады – газ суиды. Тұрақты қысым жағдайында, газдың жұмысы геометриялық тұрғыдан түсiндiргенде 3.1.–суретiнде келтiрiлген (P-V) графигiндегi V₁АВV₂ тiк төртбұрышының ауданына дәлме-дәл тең екендiгiн оңай көруге болады. Жалпы жағдайда газ қысымы көлемге байланысты функция болып табылады. Бiрақ, газ жұмысы бұрынғысынша сандық түрде бастапқы және соңғы күйлердегi p₁ және p₂ қысымдарына тең AV₁ және AV₂ кесiндiлерiмен және P-ның V-ға байланысты графигiмен шектелген фигураның ауданына тең болады(3.2-сурет).

Жылу денені құрайтын бөлшектердің (молекулалар, атомдар) ретсіз қозғалысынан туатын жылулық қозғалыс. Дененің жылулық қозғалысы оның ішкі энергиясын құрайды. Жылулық-денелер арасындағы энергия алмасудың түрі. Бір денеден екінші денеге жылылық тікелей түйіспелі жолмен (жылу өткізгіштік, конвекция) немесе қашықтықта (сәулелендіру) беріледі. Барлық жағдайда жылылық берілуі денелердегі температуралардың айырмашылығына байланысты.

Энергияның сақталу және айналу заңына сәйкес жылулық Q мен жұмыстың L өзара түрленуі оның бір сандық ара қатынасында өтеді.

Q Q

Іс жүзінде жұмыс L және жылулық Q килоджоулмен кДж (10³ Дж), мегаджоулмен, МДж(10⁶ Дж); қуат (уақыт бірлігіндегі жұмыс) ваттпен (Вт), киловаттпен (кВт), мегаваттпен (МВт) өрнектеледі.

Жұмыстық денеге берілетін жылулық оң шама, керісінше алынатын жылулық теріс шама деп есептелінеді.

Жұмыстық дененің ұлғаю жұмысы оң шамамен, сығылуға жұмсалған жұмыс теріс шамамен белгіленеді