Термодинамикалық функциялар туралы қазақша

Барлық есептеулер термодинамика пайдалануға негізделеді және функцияларының жағдайын деп аталатын термодинамикалық функциялары. Әрбір қабылдау тәуелсіз параметрлерін сәйкес өз термодинамикалық функция. Функциялары өзгерген болып жатқан барысында қандай да бір процестерді анықтайды не совершаемую жүйесімен, не алынған жүйесімен жылуын.
Термодинамикалық функциялары болып табылады функциялары. Сондықтан үстелуі кез келген функциялары сияқты толық дифференциалу функциялары, ол көрінеді. Толық дифференциал функциясы f(х,у) айнымалы х және у анықталады білдіру
(1)
Сондықтан, егер барысында өзгерістердің біз үшін өсім белгілі бір шамасын f өрнек түрі
(2)
сеніммен айтуға болады, бұл шама функциясы болып табылады параметрлерін, әрі функциялары мен білдіреді жеке туынды функциялары:
(3)
Қарау кезінде термодинамикалық функциялардың біз пайдалануға теңсіздігіне Клаузиуса ұсына отырып, оның түрінде
(4)
Теңдік белгісі жатады обратимым, теңсіздік белгісі — қайтымсыз процестерге.
2. Ішкі энергия

Бірі термодинамикалық потенциалдар біз жақсы таныс. Бұл жүйенің ішкі энергиясы. Білдіруге бірінші бастау үшін обратимого процесінің түрінде көруге болады
(5)
Салыстыру (2) көрсетіп отырғандай, деп аталатын табиғи айнымалы үшін әлеуетті U сөйлейді айнымалылары S және V (3) деп
(6)
Арақатынасына

бұл жағдайда, дене айырбасталатын жылуымен сыртқы ортамен жасалатын, оларға жұмыс тең
немесе интегралдық нысаны
(жоқ жылу алмасу).

Осылайша, болмаған жағдайда жылу алмасу сыртқы ортамен жұмыс тең кему ішкі энергия дене.
Тұрақты көлемде
Демек, жылу сыйымдылық тұрақты көлемдегі тең
(7)
3. Еркін энергия

Цикл Карно жұмыс денесі жасайды жұмысты бірінші жартысында циклінің процестеріне алдымен изотермиялық, содан кейін адиабатного кеңейту.
Кезінде адиабатном процесінде жұмыс, белгілі жасалатын есебінен ішкі энергия, және тең болса, бұл жұмыс ретінде кему ішкі энергиясы:
.
Әйтпесе ахуал туралы істі жағдайда изотермиялық процесс. Мұндай процесінде дене температурасы тұрақты болып қалады, сондықтан, бір бөлігі ішкі энергияға байланысты, кинетикалық энергиясы молекулалық қозғалыстардың, үшін пайдаланылуы мүмкін түрлендіру механикалық энергия. Бұл жағдай бізді мойында ажырата білу жалпы энергияға ие болатын, дене немесе жүйе тел, сол, ол осы жағдайларда пайдалануға болады алу үшін.,Жүйесі, демек, мүмкін емес жасауға, асатын мәні оның еркін энергиясы.
Бұл мағынада біз мұнда иеміз жағдайды бірнеше ерекшеленуі механикалық жүйе. Механикадағы белгілі энергия дененің немесе жүйенің тел сомасына тең әлеуетті және кинетикалық энергия. Бұл екі түрінің энергиясын макроскопиялық денелердің (ал мұндай дене қаралады механикадағы) мүмкін тұтастай болып қайта құрылды механикалық жұмысқа. Ішкі бірдей энергия молекулалық жүйенің такфирлер » алғашқы бізді жағдайда мүмкін емес тұтастай превращена.
Сондықтан, егер біз деп қызыға сұрадық шама, ол жүйе осы күйде болуы мүмкін кезде, изотермиялық процесінде болса, оның ішкі энергиясы болып табылады лайықты сипаттамасы осы жай-күйі. Ішкі энергия жүйесінің жай-күйін сипаттайды, егер біз деп қызыға сұрадық жұмысымен алатын, қабілетті бұл жүйе жүргізу кезінде адиабатном процесінде. Нақты жұмыс жасаған кезде адиабатном процесінде тең өзгерту (кему) ішкі энергия. Еркін сол энергия сипаттауға тиіс жүйесін тұрғысынан «жұмысқа қабілеттілігі» кезінде изотермиялық өзгерту, оның жай-күйін (көлемінің өзгеруі).
Үшін әрбір жағдай болады приписать белгілі бір сандық мәні еркін энергиясын, қажет болса, жай-күйі үшін есептеудің басталуы сияқты, бұл анықтау кезінде әлеуетті энергиясын механика. Бұл белгісіздік абсолюттік маңызы бар еркін энергиясын жасамайды, ешқандай қиындықтар, өйткені елеулі емес, өзі мәні еркін энергия, оны өзгерту, және (немесе) анықталады. Естеріңізге сала кетейік, бұл кеңейту немесе қысу дененің белгілі бір маңызға ие болады, егер бұл процесс ағады равновесным түрде, яғни квазистатически.
Осылайша, еркін энергия жүйесінің измеряемся жұмысымен, оны аламыз жүргізу жүйесі (мысалы, идеал газ) өзгерте отырып, өзінің жағдайын изотермически және обратимо жай-күйі, онда ол тұрмыз дейін таңдалған біз бастапқы жағдайы кезінде еркін энергия принимаемся нөлге тең (есептеу).
Егер белгілеуге еркін энергия жүйесі арқылы F болса, онда шексіз аз жұмыс dA жасалатын жүйесімен кезінде обратимом изотермиялық процесінде,
(8)
Егер, мысалы, жай-күйін өзгерту жүйесі азайтатын изотермическому кеңейту дене (оның көлемінің ұлғаюына), онда жұмыс оң болса, онда алу белгісі білдіреді, бұл ретте еркін энергиясы азаяды. Керісінше, сығу кезінде дененің (жұмыс теріс) еркін энергиясы артады есебінен сыртқы күштердің, сығатын дене (газ). Атап айтқанда, идеал газ, оның изотермиялық кеңейту көлемінен V2 көлемге дейін V2 жұмыс белгілі өрнектеледі уравнением (бір моля)
(9)
Оң жақ бөлігі (9) білдіреді кему еркін энергиясы 1 моля кезінде газды осындай кеңейту. Бұл приданной температурасы еркін энергиясы берілген газ массасының көп, аз занимаемый, көлем, т. е. қарағанда мықтырақ, ол сжат.
Естеріңізге сала кетейік, идеал газдың ішкі энергиясы тәуелді емес ік атындағы көлемін; бір моль газ, сығылған баллондағы бар осындай ішкі энергиясы қалай және несжатый газ сол температурада. Бірақ сығылған газ үлкен еркін энергия, өйткені ол кезде изотермиялық кеңейту мүмкін жасауға үлкен жұмыс.
Бұл сығылған газ шын мәнінде жасайды, изотермически расширяясь (көтеру, мысалы, поршень жүгі бар), онда бұл жұмыс жасалады есебінен жылу, ол құрылымы — газ жылғы термостатты немесе басқа денеге өте үлкен жылусыйымдылық (әйтпесе, газ охладится және процесс емес, изотермиялық). Бірақ біз, дегенмен, туралы айтамыз еркін энергиясын, газ, есте астын сызу керек, бұл газ болып табылады денесімен арқасында құрылады мүмкіндігін жасауға болады.
Егер процесс изотермиялық көлемінің өзгеруін ағады необратимо, онда жасайтын жұмыс аз кезде обратимом процесінде, өзгерту, еркін энергияның артық жасалған жұмыс, сондықтан формула (8) жазу керек.
(10)
Таңбасы теңсіздік жатады необратимому, ал теңдік белгісі — обратимому процесі.
Мүмкін сондай-ақ, жағдайларды өзгерту еркін энергиясын мүлдем жасаумен сүйемелденеді.
Атап айтқанда, егер идеал газ кеңейіп келеді пустоту, онда ешқандай жұмыс кезінде жасалады. Температура, яғни ішкі энергиясы газдың өзгеріссіз қалады. Сонымен қатар еркін энергиясы газ азайды, өйткені азайды, біз газ аламыз жасауға. Бұл байланысты, бұл процесс кеңейту газ пустоту дегенмен мен болып табылады изотермиялық, бірақ ол толығымен тұрақты.
Басында осы параграфтың подчеркивалось, еркін энергиясы жай-күйін сипаттайды дене. Бізге қалады енді дәлелдеуге, ол шын мәнінде функциясы болып табылады жай-күйі, т. е. дәлелдеуі керек, бұл кезде дененің бір күйден изотермически және обратимо жетілген, тең әртүрлілігіне бос энергия дененің осы жағдайларда, байланысты емес ауысу жолдары. Бұл тікелей туындамаса бұл кезде изотермиялық обратимом круговом процесінде жұмыс нөлге тең.
Шын мәнінде, қойыңыз, денесі өтуі мүмкін жағдайынан 1 жағдайына 2 екі түрлі жолмен (изотермическими), жасап бірінші жолында жұмыс А1 және екінші А2. Бірақ мұндай жағдайда біз аударуға біздің денеміз жағдайынан 1 жағдайына 2 бір жолдары және оны қайтару кері жасап айналма процесс, басқа жолдары. Жалпы жұмыс жасалған жағдайда, және, демек,
Бұл жұмыс жасалып, денесімен, тек бастапқы және соңғы күйлердің дене. Демек, еркін энергия функциясы бар жай-күйі.
Әлбетте, бұл бір жағынан жұмыс, өндірілетін денесімен кезінде обратимом изотермиялық процесінде мүмкін представима түрінде

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *