V тарау. Термодинамика және электродинамиканың негізгі түсініктері мен теңдеулері
жүктеу/скачать 0,52 Mb.
|
5-тарау
| 5.3. Термодинамиканың бірінші заңы
Жалпы жағдайда термодинамикалық жүйелер белгілі бір процесте бола отырып, сыртқы денелермен және өрістермен өзара әсерлеседі. Тұтас орта моделін құрудағы негізгі мақсат –тұтас орта бөлшектерін сыртқы денелер, өрістер ретінде қарастырып атап айтқанда, сол ортаның көрші бөлшектерімен өзара әсер заңы мен механизмін тауып көрсету. Тұтас орта механикасында анықтайтын макроскопиялық арақатынастарды пайдаланып, параметрлердің санын азайтуға болады. Практика көрсеткендей, кейбір феноменологиялық белгісіне қарай макроскопиялық деңгейде кинетикалық, потенциалдық, жылулық, электромагниттік, химиялық байланыс энергияларын және т.б. ажыратуға және энергияның бір түрінен екінші түріне ауысуы туралы айтуға болады. Анықталатын параметрлердің шекті санымен сипатталатын жүйелерді қарастырайық. Бөлшектердің ішкі күйінің және олардың шексіз аз өзгерісінің характеристикалары белгілі болса, онда бөлшектерге сырттан келетін әртүрлі макроскопиялық энергия ағындарының қосындысы туралы анық айтуға болады. Элементар процестің күйіндегі ортаның шексіз аз көлемі үшін толық сыртқы энергия ағындарының қосындысын келтіруге болады , мұндағы – сыртқы макроскопиялық массалық және беттік күштердің элементар жұмысы, – сырттан денеге келетін элементар жылу ағыны, ал – басқа энергия көздерінен (химиялық реакция, ионизация, диссипация және т.б.) келетін элементар энергия ағыны. Шексіз аз элементар процесс үшін сыртқы күштердің элементар жұмысының формуласын мына түрде жазуға болады: . (5.4) Мұнда – қарастырылып отырған бөлшек пен оның өсімшесінің ішкі параметрлері арқылы өрнектелген. функциясының түрі модельді анықтауға қажетті постулаттар анықтамасына негізделген. -ді (5.4) өрнегі сияқты былай жазуға болады . (5.5) Энергия ағыншаларын , сыртқы макроскопиялық күштердің элементар жұмысы сияқты жалпы жағдайда қандайда бір функцияның дифференциалы емес, шексіз аз мөлшері деп қарастыруға болады. Мысалы, қисығының бойымен күй параметрлерінің мәндері болатын күй кеңістігінің нүктесінен, күй параметрінің мәндері болатын нүктесіне дейін күй кеңістігінде өтетін процесс бар деп ұйғарайық (5 сурет).
5-сурет Осы процестің барысында жүйе сырттан алатын толық энергия ағынының ұғымын енгізейік . Сырттай қарағанда толық энергия ағыны процеске, яғни күй кеңістігіндегі интегралдау жолына -ге тәуелді болуы қажет. Термодинамиканың бірінші заңын немесе энергияның сақталу заңын былай тұжырымдауға болады: бірінші түрдегі мәңгі двигатель жасау мүмкін емес, яғни сыртқы энергияның көзін пайдаланбай циклді процеспен пайдалы жұмыс өндіретін машина жасау мүмкін емес. Бұл тұжырымдама барлық белгілі тәжірибелер растайтын заң. Егер жүйе, мысалы, “” циклін жасайтын болса, онда термодинамиканың бірінші заңы немесе энергияның сақталу заңы бойынша, сырттан келетін толық энергияның ағыны термодинамикалық процестің түріне тәуелсіз, тек қана жүйенің бастапқы және соңғы күйіне тәуелді, яғни: . Мұндағы – толық энергия, жүйе күйінің параметрлерінің бір мәнді функциясы. Сонымен, термодинамиканың бірінші заңынан шығатын салдар белгілі бір күй функциясы бар болады, ал оның толық дифференциалы, сыртқы массалық және беттік макроскопиялық күштердің істейтін элементар жұмысы мен сол жүйеге сырттан келген энергияның басқа түрлерінің элементар ағыншаларының қосындысына тең, яғни . (5.6) Бұл формула жүйенің толық энергиясын анықтауға пайдаланылады. Және керісінше, егер энергия белгілі болса, онда (5.6) формуланы элементар көлемнің сыртқы денелермен өзара әсер механизмін түсіндіруге қолдануға болады, яғни және анықталады. Жоғарыда функциясы – ортаның кинетикалық энергиясының тығыздығы ретінде енгізілді. Жалпы жағдайда энергия, ортаның элементар көлемінің толық энергиясымен ( функциясымен) сәйкес келмейді. деп ұйғарайық, мұндағы – ішкі энергияның тығыздығы деп аталатын, күй параметрлерінің скалярлық функциясы. Ол жүйенің толық энергиясы сияқты аддитивті тұрақтыға дейінгі дәлдікпен анықталады және әрбір термодинамикалық жүйе үшін бар болады. Тұтас ортаның кез келген көлемінің толық энергиясы . Сонымен, энергияның сақталу заңын өрнектейтін универсал арақатынасты мына түрде көрсетуге болады , (5.7) мұндағы , – қарастырылып отырған дененің ішкі және кинетикалық энергияларының өзгерістері. жүктеу/скачать 0,52 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|