11.1.Тұйық процестер

          Термодинамикалық жүйе бастапқы күйіне қайтып келетіндей түрде жүретін термодинамикалық процестердің жиынтығын тұйық процесс немесе цикл деп атайды.

Тұйық процестер немесе циклдер барлық жылу машиналарының жұмыс істеу принципінің негізі болып табылады.

15.Энтропия түсінігіне анықтама беріңіз, мысалдар келтіріңіз.

Энтропия (грек. еntropіa – бұрылыс, айналу) – тұйық термодинамикалық жүйедегі өздігінен жүретін процестің өту бағытын сипаттайтын күй функциясы. Энтропияның күй функциясы екендігі термодинамиканың екінші бастамасында тұжырымдалады. Энтропия ұғымын термодинамикаға 1865 ж. Р.Клаузиус енгізген Энтропия – термодинам. тепе-тендік күйдегі макроскоп. денелерге тән қасиет. Ол бірліктердің халықаралық жүйесінде (СИ) Дж/К арқылы өрнектеледі. Энтропия ұғымы ғылымның көптеген салаларында (физика, химия, т.б.) маңызды рөл атқарады.

Еркінше алынған қайтымды циклды қарастырсақ. Циклды бөлшектеу көмегімен, элементарлы Карно циклын шексіз көп санды теңдікті, мына түрде жазуға болады:

dq₁T₁= dq₂T₂

Тұйықталған пішін бойынша, интегралдау кезінде және dq₂ теріс таңбаларын есептеп табамыз.

ʃdq_қайтT₁ = 0.

Мұндағы, dq_қайт - таңбасы кезіндегісі, қаралып отырған айналмалы процесстегі қайтымды түріне, ерекше көңіл аударылуы тиіс. Сонымен, келтірілген жылулықтың интегралды суммасы үшін, қандай болса да, қайтымды циклда нөлге тең. Бұл Клаузиус теңдеуі деп аталады.

Шарт бойынша, жылулықты dq жеткізу процессі қайтымды деп есептеледі. Сонымен, S - функция жағдайы. Оны энтропия деп атайды. Формуладағы 1/T үстіңгі көрсеткішінде тұрған, толық емес дифференциал dq үшін интегралдаушы көбейткіш болады. Еркін қайтымды айналмалы процесс үшін алынған формуладан, энтропия S және абсолютты температура Т бар екендігі туралы тікелей қорытынды шығады да, теңдеумен анықталады, оны қайтымды процесстер үшін, жылу динамикасының екінші заңының теңдеуі деп атайды.

Жүйедегі ретсіздік өлшемін энропия деп атайды. Сонда энтропия - ретсіздіктің өлшемі;қайтымсыздықты өлшейді;сапасы бар қуаттың мөлшерін есептейді.Егер жүйеде толық тәртіп орнаса, онда энтропия минимум болады. Ретсіздік артқан сайын энтропия да өсе түседі. Жүйеде толық хаос орнаса, онда энтропия ең жоғарғы мәнге (максимумға) ие болады.Қатты дене, сұйық және газ алайық. Осы үшеуінің атомдарының қозғалысын қарастырайық. Қайсысының атомдары ең жоғары энтропияға ие болады деген сұрақ қойсақ, онда сұйық атомдарының қатты дене атомдарына қарағанда ретсіз, жүйесіз қозғалыста болатынын білеміз. Қатты дене < сұйық дене < газОлай болса сұйықтағы энтропия қатты денеге қарағанда көп болады, энтропия S-пен белгіленеді. Біз жоғарыдаекенін тапқан едік. Осыдан немесе табамыз. Бұл жерде Q2 жұмысшы дененің тоңазытқышқа берген жылуы. Сондықтан да ол теріс. Олай болса (1) деп жазуға болады. Жалпы алғанда шамасы жылудың келтірілген мөлшері деп аталады. Процестің өте аз бөлігінде денеге берілген жылудың келтірілген мөлшері мынаған тең:.

Кез келген қайтымсыз процесс үшін жылудың келтірілген мөлшерінің қосындысы нольге тең болады. Сонда (1) теңдеу жалпы түрде былайша жазылады:

Интеграл астында тұрғандегеніміз қайсібір функцияның толық дифференциалы болып есептеледі. Ол функция тек қана жүйенің күйімен анықталады. Бұл функция мынаған тең:

Осы функцияны энтропия деп те атайды да, оны S әрпімен белгілейді. Бұл функцияны енгізген Клаузиус болатынды.

Жоғарыда жүйедегі ретсіздік өлшемі энтропия деп аталады дедік. Осы сөйлемді формула түрінде сөйлетсек, былайша өрнектелер еді:

S=klnW

Мұндағы k — Больцман тұрақтысы;

W — жүйе күйінің термодинамикалық ықтималдығы.

Бұл Больцман формуласы деп аталады. Жүйе белгілі бір макро күйге түсу үшін бірнеше микро күйден өтеді. Жүйені мпкро күйге түсіру қанша микро күйден өткенін көрсететін санды жүйе күйінің термодинамикалық ықтималдығы деп атайды.