Термодинамиканың мақсаты. Негізгі түсініктер

Молекулалық физиканың басты тарауының бірі-термодинамика.

Термодинамика ХІХ ғасырдың бірінші жартысында енді ғана дами бастаған жылу техникасының теориялық негізі ретінде пайда болды. Оның бастапқы мақсатының бірі жылу двигательдерінде жылудың механикалық жұмысқа айналуын зерттеу болды. Кейінірек термодинамиканың зерттеу пәнінің ауқымы кеңіді де материя қозғалысының жылулық формасының бір түрден екінші түрге айналуын, жылудың бір денеден екіншіге берілуін, осы кездегі физикалық процесті тексереді.

Термодинамика негізінен денелердің термодинамикалық тепе-теңдік күйін қарастырады.

Уақыт өзгергенмен термодинамикалық жүйенің күйі, яғни оны сипаттайтын параметрлер тұрақты болса, оны термодинамикалық тепе-теңдік деп атайды.

Бұған мысал ретінде су буланғанда одан ұшып шығатын молекулалар мен будың, конденсацияланған кезде суға қайтып келетін молекулаларының санының тең болуын айтуға болады. Бұл термодинамикалық тепе-теңдікті динамикалық теңдік деп те атайды.

Термодинамикалық жүйе деп бір-бірімен механикалық және жылулық процесс түрінде әсерлесіп зат алмасатын материалдық нүктелер (сол сияқты өрістер) жиынтығын айтады.

Заттардың әртүрлі агрегаттық күйіне қарай оларды газ, сұйық, қатты (кристалды) және плазмалы фаза деп бөледі.

Заттың бір фазасынан тұратын жүйені гомогенді деп атайды.

Бір-бірінен бөлуші жазықтықтар арқылы ажыратылған әртүрлі гомогендік бөлшектерден тұратын жүйені гетерогенді деп атайды.

Жүйенің термодинамикалық тепе-теңдік күйге өздігінен өту процесін релаксация деп атайды да, оған кеткен уақытты релаксация уақыты деп атайды.

Термодинамика үш заңға сүйенеді (мұны үш бастама деп те атайды). Біріншісі термодинамикалық құбылыстарға энергияның сақталу заңының қолданылуын түсіндірсе, екіншісі термодинамикалық процестердің өту бағытын сипаттайды, ал үшінші бастамасы температура абсолют ноль болғанда заттың кез-келген фазасының энтропиясы нольге айналатындығын дәлелдейді.

Сұрақтар:

1. Термодинамика нені зерттейді?

2. Термодинамикалық тепе-теңдік, термодинамикалық жүйе дегеніміз не?

3. Қандай термодинамикалық жүйелерді білесіздер?

4. Релаксация, релаксация уақыты деп нені айтамыз?

Ішкі энергия ұғымы

Барлық денелерді механикалық энергиямен сипаттаған сияқты, олардың ішкі күйлеріне тәуелді энергиямен де түсіндіруге болады.

Денені құрайтын бөлшектердің қозғалысымен өзара әсерлесуін сипаттайтын бұл энергияны ішкі энергия деп атайды.

Оны денедегі молекулалар мен атомдардың жылулық қозғалысының кинетикалық энергиясы, молекуладағы атомдар мен электрондардың әсерлесуінің потенциялық энергиясы т.б. құрайды.

Ішкі энергия дененің немесе жүйенің күйін сипаттайтын шамалардың (параметрлердің) жиынтығы арқылы анықталады, сондықтан ол жүйе күйінің функциясы болады да, әрпімен белгіленеді.

Температурасы аса жоғары немесе аса төмен емес денелердің ішкі энергиясы осы дене молекулаларының масса центріне қатысты ретсіз жылулық қозғалыстарының кинетикалық энергиясы мен сол молекулалардың өзара әсерлесуінің потенциалдық энергияларының қосындысынан тұрады.

Ішкі энергия дене күйінің функциясы болғандықтан, температура өзгерген сайын ол да өзгереді, айталық температура артса ішкі энергия көбейеді, температура кемісе энергия азаяды.

Ішкі энергияны денені деформациялау арқылы немесе бір агрегаттық күйден екіншіге көшіру арқылы да өзгертуге болады. өйткені бұл кезде дене молекулаларының ара қашықтығы өзгереді де, потенциалдық энергиясы азайып немесе көбейеді.

Сұрақтар:

1. Ішкі энергия дегеніміз не? Мысалдар келтіріңіздер.

2. Ішкі энергияны өзгертудің тәсілдері қандай?