4 Термодинамиканың бірінші бастамасы.Адиабаталық процесс. Политропа теңдеуі.
Механикалық қозғалыстың энергиясы жылулық қозғалыстың энергиясына ауыса алады және керісінше. Осындай ауысу кезінде энергияның сақталу және түрлендірілу заңы орындалады. Термодинамикалық процестерге қатысты бұл заң термодинамиканың бірінші бастамасы болып табылады.
Ішкі
энергиясы
-ге
тең кейбір жүйе (поршень астындағы
цилиндрдегі газ) сырттан
жылу мөлшерін алып, сыртқы күштерге
қарсы
жұмыс атқарсын. Сонда жүйе ішкі энергиясы
-ге
тең жаңа күйге ауысады.
Егер жылу жүйеге берілсе оң болып саналады, ал жұмыс оң болу үшін ол сыртқы күштерге қарсы орындалу қажет.
Жүйе
бірінші күйден екіншіге кез келген
тәсілмен ауысқанда энергияның сақталу
заңына сәйкес ішкі энергияның
өзгерісі бірдей болады да мынаған тең:
,
немесе
Жүйеге берілген жылу мөлшері оның ішкі энергиясын өзгертуге және жүйенің сыртқы күштермен жұмыс істеуіне жұмсалады.
Термодинамиканың бірінші заңының дифференциалды түрі:
,
(11.9)
мұндағы
-
толық дифференциал, ал
және
толық
дифференциал емес.
Термодинамиканың і заңын процестерге қолдану
1) Изотермиялық
процесс. 
Изотермиялық процесс кезінде жүйенің ішкі энергиясының өзгерісі нольге тең және жүйеге берілген жылу мөлшері жүйенің сыртқы денелермен жұмыс атқаруына жұмсалады.
Изотермиялық процесс кезіндегі атқарылатын жұмысты анықтайық.
.
Менделеев-Клапейрон
теңдеуінен газ қысымын өрнектейік: 
2)
Изохоралық процесс. 
Изохоралық процесс кезінде газ жұмыс нольге тең және жүйеге берілген жылу мөлшері жүйенің ішкі энергиясын өзгертуге жұмсалады.
Ішкі
энергия өзгерісі 
,
мұндағы: 
-
тұрақты көлемдегі мольдік жылу
сыйымдылығы.
3)
Изобаралық процесс. 
Изобаралық процесс кезінде термодинамиканың жүйеге берілген жылу мөлшері жүйенің ішкі энергиясын өзгертуге және жүйенің сыртқы денелермен жұмыс атқаруына жұмсалады:
немесе 
Жүйеге
берілген жылу мөлшері:
,
мұндағы:
-
тұрақты қысымдағы мольдік жылу
сыйымдылығы.
Ішкі энергия мен термодинамикалық жұмыс келесі формулалармен өрнектелетінін ескерсек:
және 
термодинамиканың 1-заңы мына түрде жазылады:
.
екенін
ескерсек
-ға
теңдіктің екі жағын бөлсек
Майер
формуласын аламыз: 
.
Газдың тұрақты қысымдағы және тұрақты көлемдегі мольдік жылу сыйымдылықтарының айырмасы универсал газ тұрақтысына тең.
Cp тұрақты қысымдағы мольдік жылу сыйымдылығы әрқашан CV тұрақты көлемдегі мольдік жылу сыйымдылығынан үлкен болады (сурет).
|
Сурет ΔT = T2 – T1 температураға газдықыздырудың екі мүмкін процесі. p = const жағдайында газ A = p1(V2 – V1) жұмысын атқарады. Сол себепті Cp > CV. |
4) Адиабаталық процесс.
Сыртқы ортамен жылу алмаспай жүретін процесс адиабаталық процесс деп аталады.
Адиабаталық процесті сипаттайтын теңдеу Пуассон теңдеуі деп аталады.
,
мұндағы: 
-
Пуассон коэфиценті немесе адиабата
көрсеткіші.
Адиабаталық процесті сипаттайтын графикті адиабата деп атайды.
Адиабаталық процесс кезінде атқарылатын жұмыс
.
5) Политроптық процестер
Политроптық процестер деп жүруі кезінде жылу сыйымдылығы тұрақты болып қалатын процестерді айтады.
Политроп
теңдеуі- 
мұндағы: 
-
политроп көрсеткіші.
Жылу сыйымдылығы мен политроп көрсеткішінің арасындағы байланыс:
.
Кестеде
әр түрлі процестер кезіндегі
және 
мәндері
көрсетілген
Процестер |
|
|
Изотермиялық |
1 |
|
Изобаралық |
0 |
|
Изохоралық |
|
|
адиабаталық |
|
0 |
|
|
|
