30. Тұрақты токтың қуаты. Джоуль-Ленц заңының интегралдық және дифференциалдық түрлері. Джоуль - Ленц заңы

          Джоуль-Ленц заңы өткізгіштен электр тогы өткенде бөлініп шығатын жылу мөлшерін анықтайды. Өткізгіш қозғалмаған және онда химиялық түрленулер болмаған жағдайда токтың жұмысы өткізгіштің ішкі энергиясын арттыруға жұмсалады.

Электр тогының жұмысы келесі өрнекпен анықталады:

-екенін ескерсек, алатынымыз:

Ток күші тұрақты болса Джоуль-Ленц заңы келесі формуламен анықталады:

 

    Кез-келген токтар үшін:

.

31. Термодинамиканың бірінші бастамасы. Жүйенің ішкі энергиясы. Газ көлемі өзгергенде істелетін жұмыс. Идеал газдың ішкі энергиясы, жылу сыйымдылығы. Термодинамиканың бірінші заңы

10.1.Ішкі энергия

 

          Заттарды құрайтын бөлшектердің қозғалысының орташа кинетикалық энергиясының осы бөлшектердің өзара әсерлесу орташа потенциалдық энергиясына қосындысын ішкі энергия деп атайды. Өлшем бірлігі  .

 

          

 

          Идеал газдың ішкі энергиясы абсолют температураға тура пропорционал болады:          

 Идеал газдың ішкі энергиясының өзгерісі  

Кез-келген газдардың ішкі энергиясы 

мұндағы:   – газ молекуласының еркіндік дәрежесі.

         

10.2.Термодинамикалық жұмыс

Цилиндр ыдыс ішіндегі идеал газды қарастырайық. Газ жылжымалы поршень астында орналасқан. Газ ұлғая отырып көлемін V₁-ден  V₂-ге өзгертсін. Бұл жағдайдағы газдың атқаратын жұмысын анықтайық.

мұндағы:   газ көлемінің

Поршеньді   қашықтыққа орын ауыстырғанда газдың атқаратын элементар жұмысы . Газдың поршеньге түсіретін қысым күші   екенін ескере отырып, алатынымыз:   , өзгерісін береді.

Сол себепті газдың атқаратын элементар жұмысын келесі өрнекпен көрсетуге болады:

.

          Газ тек көлемі өзгергенде жұмыс атқарады. Егер газдың көлемі ұлғайса, газ оң жұмыс атқарады, ал газ сығылса (көлемі азайса) теріс жұмыс атқарады. Егер газдың қысымы тұрақты болса, онда газдың көлемі  -ден  -ге өзгергенде атқарылатын жұмыс    өрнегімен анықталады.

          Газдың көлемі өзгергенде қысымы да өзгеретін болса, онда жоғарыдағы формула тек көлемнің   аз өзгерістері үшін дұрыс орындалады. Сондықтан газдың көлемі мен қысымы өзгерген жағдайда, газ жұмысы элементар жұмыстардың қосындысы, яғни интегралдау жолымен табылады:

.

          Темодинамикалық жұмыс p-V диаграммасында график қисығымен шектелген ауданға тең болады.

                                                                   

    

                                                                                                                        

 

Изохоралық процесс кезінде газ жұмыс атқармайды:     А=0.

 

10.3.Жылу мөлшері

          Жүйенің жылу алмасу нәтижесінде беретін немесе алатын энергиясын жылу мөлшері деп атайды. Өлшем бірлігі  .

.         

          Заттың жылу сыйымдылығы деп заттың температурасын 1 Кельвинге өзгертуге қажетті жылу мөлшерін айтады. Өлшем бірлігі – Дж/К.

     

          Меншікті жылу сыйымдылығы деп массасы бір килограмм заттың температурасын бір Кельвинге өзгертуге қажетті жылу мөлшерін айтады. Өлшем бірлігі – Дж/(кг ^.К)

    

          Мольдік жылу сыйымдылығы деп мөлшері бір моль заттың температурасын бір Кельвинге өзгертуге қажетті жылу мөлшерін айтады. Өлшем бірлігі – Дж/моль ^.К.

     

          Заттың жылу сыйымдылықтары денені қыздыру әдісіне тәуелді болады. Денені қыздыру  тұрақты көлемде жүретін болса, онда жылу сыйымдылығын   тұрақты көлемдегі жылу сыйымдылығы деп атайды. Ал егер қыздыру тұрақты қысымда жүретін болса, онда жылу сыйымдылығын   тұрақты қысымдағы жылу сыйымдылығы деп атайды

          Термодинамиканың І заңы жылулық құбылыстардағы энергияның сақталу заңы болып табылады:

           Термодинамиканың жүйеге берілген жылу мөлшері жүйенің ішкі энергиясын өзгертуге және жүйенің сыртқы денелермен жұмыс атқаруына жұмсалады: