Sayfa 1
Termodinamik bir sistem, diğer herhangi bir fiziksel sistem gibi, genellikle sistemin iç enerjisi olarak adlandırılan belirli bir miktarda enerjiye sahiptir.
Bir termodinamik sistem, dış ortamla enerji veya madde alışverişi yapamıyorsa izole edilmiş sistem olarak adlandırılır. Böyle bir sistemin bir örneği, sabit hacimli bir kapta bulunan bir gazdır. Bir termodinamik sistem, diğer sistemlerle ısı alışverişi yoluyla enerji alışverişi yapamıyorsa adyabatik olarak adlandırılır.
Termodinamik sistem, kendileri ve çevre arasında bir dereceye kadar enerji ve madde alışverişi yapabilen bir dizi cisimdir.
Termodinamik sistemler, diğer sistemlerle madde alışverişi yapmayan kapalı ve diğer sistemlerle madde ve enerji alışverişi yapan açık olarak ikiye ayrılır. Bir sistemin diğer sistemlerle enerji ve madde alışverişinin olmadığı durumlarda izole, ısı alışverişinin olmadığı durumlarda ise adyabatik sistem olarak adlandırılır.
Termodinamik sistemler saf maddelerin karışımlarından oluşabilir. Herhangi bir küçük parçacığın kimyasal bileşimi ve fiziksel özellikleri aynı olduğunda veya sistemin bir noktasından diğerine sürekli olarak değiştiğinde, karışıma (çözeltiye) homojen denir. Homojen bir karışımın yoğunluğu, basıncı ve sıcaklığı her noktada aynıdır. Homojen bir sisteme örnek olarak, kimyasal bileşimi aynı olan ancak fiziksel özellikleri bir noktadan diğerine değişen belirli bir hacimdeki su verilebilir.
Belirli bir niceliksel bileşen oranına sahip bir termodinamik sisteme, tek bir fizikokimyasal sistem denir.
Termodinamik sistemler (makroskopik cisimler), mekanik enerji E ile birlikte, sıcaklığa, hacme, basınca ve diğer termodinamik parametrelere bağlı olan iç enerjiye de U sahiptir.
Bir termodinamik sistem, çevreye ısı alıp verebiliyor ve iş üretebiliyorsa ve dış ortam sistem üzerinde iş yapabiliyorsa, yalıtılmamış veya açık uçlu olarak adlandırılır. Bir sistem, çevre ile ısı alışverişi yapmıyorsa, sistem içindeki basınç değişimi çevreyi etkilemiyorsa ve sistem üzerinde iş yapamıyorsa izole edilmiş veya kapalıdır.
Termodinamik sistemler istatistiksel olarak çok sayıda parçacıktan oluşur.
Belirli dış koşullar altında, bir termodinamik sistem (veya izole edilmiş bir sistem), parametrelerinin zaman içinde sabit kalması ve sistemde madde ve ısı akışının olmaması ile karakterize edilen bir duruma gelir. Sistemin bu durumuna denge veya denge durumu denir. Sistem bu durumdan kendiliğinden çıkamaz. Dengenin olmadığı bir sistemin durumuna dengesizlik denir. Bir sistemin dış etkilerin neden olduğu dengesizlik durumundan denge durumuna kademeli olarak geçiş sürecine gevşeme, sistemin denge durumuna dönmesi için geçen süreye gevşeme süresi denir.
Bu durumda termodinamik sistem, sistemin iç enerjisini azaltarak genleşme işi gerçekleştirir.
Termodinamik sistem, termodinamikte bir çalışma nesnesidir ve birbirleriyle ve çevreyle enerjik olarak etkileşime giren ve onunla madde alışverişinde bulunan bir dizi cisimdir.
Sabit dış koşullar altında kendi başına bırakılan bir termodinamik sistem, tüm parametrelerin sabitliği ve makroskopik hareketlerin yokluğu ile karakterize edilen bir denge durumuna gelir. Sistemin bu durumuna termodinamik denge durumu denir.
Bir termodinamik sistem, sonlu sayıda bağımsız değişken (termodinamik parametreler adı verilen makroskobik büyüklükler) ile karakterize edilir. Termodinamik bir sistemi mekanik sistemden ayıran bağımsız makroskopik parametrelerden biri, termal hareketin yoğunluğunun bir ölçüsü olan sıcaklıktır. Vücut sıcaklığı, çevre ile ısı alışverişi ve ısı kaynaklarının etkisi nedeniyle ve bizzat deformasyon sürecinin bir sonucu olarak değişebilir. Deformasyon ve sıcaklık arasındaki ilişki termodinamik kullanılarak kurulur.
Termodinamik bir sistem, sonsuz termal harekete maruz kalan ve birbirleriyle etkileşime girerek enerji alışverişinde bulunan çok sayıda parçacıktan (atomlar ve moleküller) oluşan herhangi bir fiziksel sistemdir. Bu tür termodinamik sistemler ve en basitleri, molekülleri rastgele öteleme ve dönme hareketleri gerçekleştiren ve çarpışmalar sırasında kinetik enerji alışverişi yapan gazlardır. Katılar aynı zamanda termodinamik sistemlerdir.
ve sıvı maddeler. Katı molekülleri denge konumları etrafında rastgele titreşimlere maruz kalırlar; Moleküller arasındaki enerji alışverişi, sürekli etkileşimleri nedeniyle meydana gelir, bunun sonucunda bir molekülün denge konumundan yer değiştirmesi, orta moleküllerin konumuna ve hareket hızına anında yansır. Formül (1.7) ve (1.8)'e göre moleküllerin ortalama termal hareketi enerjisi sıcaklıkla ilişkili olduğundan, sıcaklık, termodinamik sistemlerin çeşitli durumlarını karakterize eden en önemli fiziksel niceliktir. Bu tür sistemlerin durumları, sıcaklığın yanı sıra kapladıkları hacim ve sisteme etki eden dış basınç veya dış kuvvetler tarafından da belirlenir.
Termodinamik sistemlerin önemli bir özelliği, keyfi olarak uzun süre kalabilecekleri denge durumlarının varlığıdır. Denge durumlarından birinde bulunan bir termodinamik sisteme bir dış etki uygulanırsa ve sistem durdurulursa sistem kendiliğinden yeni bir denge durumuna geçer. Ancak şunu da vurgulamak gerekir ki, sistemin dış etkilere maruz kaldığı zamanlarda bile denge durumuna geçme eğilimi her zaman sürekli olarak işler. Bu eğilim, daha doğrusu denge durumlarına ulaşmayı sağlayan süreçlerin sürekli varlığı, termodinamik sistemlerin en önemli özelliğidir.
Belirli bir kap içine kapatılmış bir gaz için denge, gazın hacmi içindeki sıcaklığın, basıncın ve yoğunluğun (veya birim hacim başına molekül sayısının) her yerde aynı olduğu bir durumdur. Bu hacmin herhangi bir yerinde lokal ısınma veya sıkışma meydana gelirse sistemde sıcaklık ve basıncın eşitlenmesi süreci başlayacak; Bu süreç, dışarıdan bir etki olduğu sürece gerçekleşmeye devam edecektir, ancak ancak bu etkinin sona ermesinden sonra eşitleme süreci, sistemi yeni bir denge durumuna getirecektir.
Dış etkilerin olmamasına rağmen sonlu bir süre boyunca devam etmeyen izole termodinamik sistemlerin durumları dengesizlik olarak adlandırılır. Başlangıçta dengede olmayan sistem zamanla denge durumuna geçer. Dengesizlik durumundan denge durumuna geçiş süresine gevşeme süresi denir. Denge durumundan dengesiz duruma ters geçiş, sistem üzerindeki dış etkiler kullanılarak gerçekleştirilebilir. Özellikle farklı yerlerde farklı sıcaklıklara sahip bir sistemin durumu dengesizdir; Gazlarda, katılarda ve sıvılarda sıcaklık eşitlenmesi, bu cisimlerin cismin hacmi içinde aynı sıcaklıkta denge durumuna geçmesidir. Dengesizlik durumunun bir başka örneği, bir sıvı ve onun buharından oluşan iki fazlı sistemler dikkate alınarak verilebilir. Kapalı bir kaptaki bir sıvının yüzeyinin üzerinde doymamış buhar varsa, sistemin durumu dengesizdir: birim zamanda sıvıdan kaçan moleküllerin sayısı, sayısından daha fazladır.
Aynı anda buhardan sıvıya dönen moleküller. Sonuç olarak zamanla, buhar halindeki moleküllerin sayısı artar (yani buhar yoğunluğu artar), ta ki bir denge durumu oluşana kadar.
Dengesizlik durumundan denge durumuna geçiş çoğu durumda sürekli olarak meydana gelir ve bu geçişin hızı, uygun dış etkiler kullanılarak sorunsuz bir şekilde ayarlanabilir, böylece gevşeme süreci ya çok hızlı ya da çok yavaş olur. Örneğin, mekanik karıştırma yoluyla sıvılarda veya gazlarda sıcaklık dengeleme oranını önemli ölçüde artırabilirsiniz; Bir sıvıyı soğutarak, içinde çözünen maddenin difüzyon işlemini çok yavaş hale getirebilirsiniz.
Bazı sistemler için, bu sistemlerin nispeten uzun bir süre kalabileceği, yarı kararlı olarak adlandırılan durumlar vardır, ancak sistem üzerinde belirli bir nitelikteki bir dış etki uygulandığında, denge durumuna kendiliğinden ani bir geçiş meydana gelir. Bu durumlarda, dış etki yalnızca denge durumuna geçiş olasılığını açar. Örneğin, yeterince saf su, yavaş bir ısı kaynağı ile kaynama noktasının birkaç derece üzerindeki bir sıcaklığa kadar ısıtılabilir. Suyun bu durumu yarı kararlıdır; Böyle bir suyu sallarsanız (veya az sayıda toz parçacığı - buhar kabarcıklarının oluşumu için merkezler) eklerseniz, patlayarak kaynar ve sıcaklığı aniden kaynama noktasına düşer. Bu nedenle, yarı kararlı bir durum, sistemin bu durumdan çıkarıldığında yalnızca ona geri dönmemesi değil, tam tersine, bu sistem için mevcut denge durumuna atlayarak ondan daha da uzaklaşması gerçeğiyle karakterize edilir.
Giriiş. 2
Termodinamik. Genel konsept. 3
Termodinamik sistem kavramı.. 4
Termodinamik sistem türleri.. 6
Termodinamik süreçler.. 7
Tersinir ve geri döndürülemez süreçler.. 7
Sistemin iç enerjisi.. 10
Termodinamiğin sıfır yasası.. 11
Termodinamiğin birinci yasası.. 12
Termodinamiğin ikinci yasası.. 14
Termodinamiğin üçüncü yasası... 16
Sonuçlar. 17
Mutlak sıfır sıcaklıkların ulaşılamazlığı. 17
Termodinamik katsayıların davranışı. 17
giriiş
Sadece mekanik hareketle değil, aynı zamanda vücut sıcaklığındaki değişikliklerle veya maddelerin farklı toplanma durumlarına (sıvı, gaz veya katı) geçişiyle ilişkili termal olaylarla da sürekli karşılaşıyoruz.
Protein ancak belirli bir sıcaklık aralığında hayati aktivite gösterebildiğinden, Dünya'daki yaşamın varlığı için termal süreçler büyük önem taşımaktadır. Dünyadaki yaşam ortam sıcaklığına bağlıdır.
İnsanlar ateş yakmayı öğrendikten sonra çevreden göreceli olarak bağımsızlaştılar. Bu, insanlığın doğuşunun en büyük keşiflerinden biriydi.
Termodinamik, cisimlerin moleküler yapısını hesaba katmayan termal olayların bilimidir. Bu makalede termodinamiğin yasaları ve uygulamaları tartışılacaktır.
Termodinamik. Genel konsept
Termodinamiğin ilkeleri, termodinamiğin altında yatan bir dizi varsayımdır. Bu hükümler bilimsel araştırmalar sonucunda oluşturulmuş ve deneysel olarak kanıtlanmıştır. Termodinamiğin aksiyomatik olarak inşa edilebilmesi için varsayımlar olarak kabul edilirler.
Termodinamiğin ilkelerine duyulan ihtiyaç, termodinamiğin, sistemlerin makroskobik parametrelerini, mikroskobik yapılarına ilişkin özel varsayımlar olmaksızın tanımlamasından kaynaklanmaktadır. İstatistiksel fizik iç yapı konularıyla ilgilenir.
Termodinamiğin ilkeleri bağımsızdır, yani hiçbiri diğer ilkelerden türetilemez.
Termodinamiğin ilkelerinin listesi
· Termodinamiğin birinci yasası, termodinamik sistemlere uygulanan enerjinin korunumu yasasıdır.
· Termodinamiğin ikinci yasası, termodinamik süreçlerin yönüne kısıtlamalar getirerek, ısının daha az ısıtılmış cisimlerden daha fazla ısıtılmış cisimlere kendiliğinden transferini yasaklar. Ayrıca artan entropi yasası olarak da formüle edilmiştir.
· Termodinamiğin üçüncü yasası, entropinin mutlak sıfır sıcaklıklara yakın sıcaklıklarda nasıl davrandığını anlatır.
· Termodinamiğin sıfır (veya genel) yasasına bazen, kapalı bir sistemin, başlangıç durumu ne olursa olsun, sonunda termodinamik denge durumuna geldiği ve onu kendi başına bırakamadığı ilkesi denir.
Termodinamik sistem kavramı
Termodinamik sistem, sonsuz termal harekete maruz kalan, birbirleriyle etkileşime giren ve enerji alışverişinde bulunan çok sayıda parçacık-atom ve molekülden oluşan herhangi bir fiziksel sistemdir. Bu tür termodinamik sistemler ve en basitleri, molekülleri rastgele öteleme ve dönme hareketine maruz kalan ve çarpışmalar sırasında kinetik enerji alışverişi yapan gazlardır. Katı ve sıvı maddeler de termodinamik sistemlerdir.
Katı molekülleri denge konumları etrafında rastgele titreşimler gerçekleştirir, moleküller arasındaki enerji alışverişi sürekli etkileşimleri nedeniyle meydana gelir, bunun sonucunda bir molekülün denge konumundan yer değiştirmesi hemen komşunun konumuna ve hareket hızına yansır. moleküller. Moleküllerin termal hareketinin ortalama enerjisi sıcaklıkla ilişkili olduğundan sıcaklık, termodinamik sistemlerin çeşitli durumlarını karakterize eden en önemli fiziksel niceliktir. Bu tür sistemlerin durumu, sıcaklığın yanı sıra kapladıkları hacim ve sisteme etki eden dış basınç veya dış kuvvetler tarafından da belirlenir.
Termodinamik sistemlerin önemli bir özelliği, herhangi bir süre boyunca kalabilecekleri denge durumlarının varlığıdır. Denge durumlarından birinde bulunan bir termodinamik sisteme bir dış etki uygulanırsa ve sistem durdurulursa sistem kendiliğinden yeni bir denge durumuna geçer. Ancak şunu da vurgulamak gerekir ki, sistemin dış etkilere maruz kaldığı zamanlar dışında dahi denge durumuna geçme eğilimi her zaman ve sürekli olarak aktiftir.
Bu eğilim, daha doğrusu denge durumuna ulaşmayı sağlayan süreçlerin sürekli varlığı, termodinamik sistemlerin en önemli özelliğidir.
Dış etkilerin yokluğuna rağmen sonlu zaman dilimleri boyunca devam etmeyen izole bir termodinamik sistemin durumlarına dengesizlik denir. Başlangıçta denge dışı durumda olan sistem zamanla denge durumuna geçer. Dengesizlik durumundan denge durumuna geçiş süresine gevşeme süresi denir. Denge durumundan dengesiz duruma ters geçiş, sistem üzerindeki dış etkiler kullanılarak gerçekleştirilebilir.
Özellikle farklı yerlerde sıcaklıkları farklı olan bir sistemin durumu dengesizliktir; gazlarda, katılarda ve sıvılarda t 0'ın eşitlenmesi, bu cisimlerin cismin hacmi içinde aynı t 0 ile denge durumuna geçmesidir. Dengesizlik durumunun bir başka örneği, bir sıvı ve onun buharından oluşan iki fazlı sistemler dikkate alınarak verilebilir. Kapalı bir kaptaki sıvının yüzeyinin üzerinde doymamış buhar varsa, sistemin durumu dengesizdir: birim zamanda sıvıdan kaçan moleküllerin sayısı, buhardan sıvıya dönen moleküllerin sayısından daha fazladır. aynı zamanda. Sonuç olarak zamanla buhar halindeki moleküllerin sayısı denge durumu oluşana kadar artar.
Çoğu durumda denge durumundan denge durumuna geçiş sürekli olarak gerçekleşir ve bu geçişin hızı, uygun dış etkiler kullanılarak sorunsuz bir şekilde ayarlanabilir, böylece gevşeme süreci çok hızlı veya çok yavaş olur. Örneğin, mekanik karıştırmayla sıvılarda veya gazlarda sıcaklık dengeleme oranını önemli ölçüde artırabilir, sıvıyı soğutarak içinde çözünen maddenin difüzyon sürecini çok yavaşlatabilirsiniz.
giriiş. Isı mühendisliğinin konusu. Temel kavramlar ve tanımlar. Termodinamik sistem. Durum parametreleri. Sıcaklık. Basınç. Spesifik hacim. Durum denklemi. Van der Waals denklemi .
Birimler arası oran:
1 bar = 10 5 Pa
1 kg/cm2 (atmosfer) = 9,8067 10 4 Pa
1 mmHg st (milimetre cıva) = 133 Pa
1 mm su Sanat. (milimetre su sütunu) = 9,8067 Pa
Yoğunluk - bir maddenin kütlesinin o maddenin kapladığı hacme oranı.
Spesifik hacim - yoğunluğun karşılığı, yani Bir maddenin kapladığı hacmin kütlesine oranı.
Tanım: Termodinamik bir sistemde, sisteme dahil olan herhangi bir cismin parametrelerinden en az biri değişirse, sistem bir değişime uğrar. termodinamik süreç .
Durumun temel termodinamik parametreleri P, V, T homojen cisimler birbirine bağlıdır ve durum denklemiyle karşılıklı olarak ilişkilidir:
F (P, V, T)
İdeal bir gaz için durum denklemi şu şekilde yazılır:
P- basınç
v- belirli hacim
T- sıcaklık
R- gaz sabiti (her gazın kendi değeri vardır)
Durum denklemi biliniyorsa, en basit sistemlerin durumunu belirlemek için 3 bağımsız değişkenden ikisini bilmek yeterlidir.
P = f1 (v, t); v = f2 (P, T); T = f3(v, P).
Termodinamik süreçler genellikle durum parametrelerinin eksenler boyunca çizildiği durum grafiklerinde gösterilir. Böyle bir grafiğin düzlemindeki noktalar sistemin belirli bir durumuna karşılık gelir, grafikteki çizgiler ise sistemi bir durumdan diğerine aktaran termodinamik süreçlere karşılık gelir.
Pistonlu bir kap içindeki bir miktar gazdan oluşan bir termodinamik sistemi düşünelim ve bu durumda kap ve piston dış ortamdır.
Örneğin gazın bir kapta ısıtıldığını varsayalım, iki durum mümkündür:
1) Piston sabitse ve hacim değişmiyorsa kaptaki basınç artacaktır. Bu süreç denir izokorik(v = const), sabit hacimde çalışıyor;
Pirinç. 1.1. İzokorik süreçler P-T koordinatlar: v 1 >v 2 >v 3
2) Piston serbestse, ısıtılan gaz sabit basınçta genleşecektir, bu işleme denir; izobarik (P= const), sabit basınçta çalışıyor.
Pirinç. 1.2 İzobarik süreçler v - T koordinatlar: P 1 >P 2 >P 3
Pistonu hareket ettirerek kaptaki gazın hacmini değiştirirseniz, gazın sıcaklığı da değişecektir, ancak gazın sıkıştırılması sırasında kabı soğutarak ve genleşme sırasında ısıtarak sıcaklığın sabit kalmasını sağlayabilirsiniz. hacim ve basınçtaki değişikliklerle bu işleme denir izotermal (T= sabit).
Pirinç. 1.3 İzotermal süreçler P-v koordinatlar: T 1 >T 2 >T 3
Sistem ile çevre arasında ısı alışverişinin olmadığı olaya denir. adyabatik sistemdeki ısı miktarı sabit kalırken ( Q= sabit). Gerçek hayatta sistemi ortamdan tamamen izole etmek mümkün olmadığından adyabatik süreçler mevcut değildir. Bununla birlikte, genellikle çevreyle ısı alışverişinin çok küçük olduğu işlemler meydana gelir; örneğin, pistonun ve kabın ısınması nedeniyle ısının uzaklaştırılması için zaman olmadığında, bir kaptaki gazın bir piston tarafından hızlı bir şekilde sıkıştırılması.
Pirinç. 1.4 Adyabatik bir sürecin yaklaşık grafiği P-v koordinatlar
Tanım: Dairesel süreç (Döngü) - sistemi orijinal durumuna döndüren bir dizi işlemdir. Bir döngüde herhangi bir sayıda ayrı süreç bulunabilir.
Döngüsel süreç kavramı termodinamikte bizim için anahtardır, çünkü bir nükleer santralin işleyişi buhar-su döngüsüne dayalıdır, başka bir deyişle çekirdekteki suyun buharlaşmasını, türbinin dönüşünü dikkate alabiliriz. rotorun buharla yoğunlaşması, buharın yoğunlaşması ve suyun çekirdeğe akışı, bir tür kapalı termodinamik süreç veya döngü olarak gerçekleşir.
Tanım: İş gövdesi - termodinamik döngüye katılarak yararlı işler yapan belirli miktarda madde. RBMK reaktör tesisindeki çalışma akışkanı, çekirdekte buhar şeklinde buharlaştıktan sonra türbinde çalışarak rotoru döndüren sudur.
Tanım: Termodinamik bir süreçte enerjinin, çalışma akışkanının hacmindeki bir değişiklikle, dış uzaydaki hareketi veya konumundaki bir değişiklikle ilişkili olarak bir vücuttan diğerine aktarılmasına denir. süreç çalışması .
Termodinamik sistem
Teknik termodinamik (t/d), ısının karşılıklı olarak işe dönüşme modellerini inceler. Isı ve soğutma makinelerinde meydana gelen termal, mekanik ve kimyasal işlemler arasındaki ilişkiyi kurar, gazlarda ve buharlarda meydana gelen işlemleri ve bu cisimlerin çeşitli fiziksel koşullar altındaki özelliklerini inceler.
Termodinamik, termodinamiğin iki temel yasasına (ilkesine) dayanmaktadır:
Termodinamiğin birinci yasası- enerjinin dönüşümü ve korunumu yasası;
Termodinamiğin II kanunu- Çok sayıda parçacıktan oluşan sistemlerde makroskobik süreçlerin ortaya çıkması ve yönü için koşulları belirler.
Temel yasaları ısıyı mekanik işe dönüştürme süreçlerine ve bunun tersini uygulayan teknik teknoloji, ısı motorları teorileri geliştirmeyi, bunlarda meydana gelen süreçleri incelemeyi vb. mümkün kılar.
Çalışmanın amacı termodinamik sistem, bu bir vücut grubu, bir vücut veya bir vücudun bir parçası olabilir. Sistemin dışında olana denir çevre. Bir T/D sistemi, birbirleriyle ve çevreyle enerji alışverişinde bulunan makroskobik cisimlerin bir koleksiyonudur. Örneğin: bir t/d sistemi, pistonlu bir silindirin içinde yer alan bir gazdır ve çevre, bir silindir, bir piston, hava ve oda duvarlarından oluşur.
İzole sistem - T/D sistemi çevre ile etkileşime girmez.
Adyabatik (ısı yalıtımlı) sistem - sistem, çevre ile ısı alışverişini (ısı alışverişi) hariç tutan adyabatik bir kabuğa sahiptir.
Homojen sistem - Tüm parçaları aynı bileşime ve fiziksel özelliklere sahip olan bir sistem.
Homojen sistem - İçinde arayüz bulunmayan (buz, su, gazlar) bileşim ve fiziksel yapı bakımından homojen bir sistem.
Heterojen sistem
- birbirinden görünür arayüzlerle (buz ve su, su ve buhar) ayrılmış, farklı fiziksel özelliklere sahip birkaç homojen parçadan (fazdan) oluşan bir sistem.
Isı motorlarında (motorlar), çalışma sıvıları - gaz, buhar yardımıyla mekanik çalışma gerçekleştirilir.
Her sistemin özellikleri, genellikle termodinamik parametreler olarak adlandırılan bir dizi büyüklükle karakterize edilir. Bunlardan bazılarını, fizik dersinden bilinen moleküler kinetik kavramları kullanarak, kaybolacak kadar küçük boyutlara sahip, rastgele termal hareket halinde olan ve yalnızca çarpışmalar sırasında birbirleriyle etkileşime giren moleküllerin bir koleksiyonu olan ideal bir gazla ilgili olarak ele alalım.
Basınç, çalışma sıvısının moleküllerinin yüzeyle etkileşiminden kaynaklanır ve sayısal olarak, ikincisine normal olan vücut yüzeyinin birim alanı başına etki eden kuvvete eşittir. Moleküler kinetik teoriye uygun olarak gaz basıncı şu ilişkiyle belirlenir:
Nerede N- birim hacim başına molekül sayısı;
T— molekülün kütlesi; 2'den itibaren- moleküllerin öteleme hareketinin ortalama kare hızının kökü.
Uluslararası Birim Sisteminde (SI) basınç paskal cinsinden ifade edilir (1 Pa = 1 N/m2). Bu ünite küçük olduğundan 1 kPa = 1000 Pa ve 1 MPa = 10 6 Pa kullanmak daha uygundur.
Basınç, basınç göstergeleri, barometreler ve vakum göstergeleri kullanılarak ölçülür.
Sıvı ve yaylı basınç göstergeleri, toplam veya mutlak basınç arasındaki fark olan gösterge basıncını ölçer Rölçülen ortam ve atmosfer basıncı
P ATM, yani
Atmosferin altındaki basınçları ölçen aletlere vakum ölçerler denir; okumaları vakum (veya vakum) değerini verir:
yani atmosfer basıncının mutlak basınçtan fazla olması.
Durum parametresinin mutlak basınç olduğuna dikkat edilmelidir. Termodinamik denklemlerin içerdiği şey budur.
Sıcaklıkfiziksel büyüklük denir, vücudun ısınma derecesini karakterize eder. Sıcaklık kavramı şu ifadeden kaynaklanmaktadır: Eğer iki sistem termal temas halindeyse, o zaman sıcaklıkları eşit değilse birbirleriyle ısı alışverişinde bulunacaklardır, ancak sıcaklıkları eşitse o zaman ısı alışverişi olmayacaktır.
Moleküler kinetik kavramlar açısından sıcaklık, moleküllerin termal hareketinin yoğunluğunun bir ölçüsüdür. Sayısal değeri, maddenin moleküllerinin ortalama kinetik enerjisiyle ilgilidir:
Nerede k- Boltzmann sabiti 1.380662.10'a eşit mi? 23J/K. Bu şekilde tanımlanan T sıcaklığına mutlak denir.
SI sıcaklığın birimi kelvindir (K); pratikte santigrat derece (°C) yaygın olarak kullanılmaktadır. Mutlak arasındaki ilişki T ve santigrat BEN sıcaklıklar şu şekle sahiptir
Endüstriyel ve laboratuvar koşullarında sıcaklık, sıvı termometreler, pirometreler, termokupllar ve diğer aletler kullanılarak ölçülür.
Spesifik hacim v— bir maddenin birim kütlesi başına hacmidir. Homojen bir kütle cismi ise M hacmi kaplıyor v, o zaman tanım gereği
v= V/M.
SI sisteminde özgül hacmin birimi 1 m 3 /kg'dır. Bir maddenin özgül hacmi ile yoğunluğu arasında açık bir ilişki vardır:
Aynı durumlardaki sistemleri karakterize eden miktarları karşılaştırmak için “normal fiziksel koşullar” kavramı ortaya atılmıştır:
P= 760 mmHg = 101,325 kPa; T= 273,15 K.
Farklı teknoloji dalları ve farklı ülkeler, örneğin “teknik” gibi verilenlerden biraz farklı olan kendi “normal koşullarını” uygulamaya koyarlar ( P= 735,6 mmHg. = 98kPa, T= 15°C) veya kompresör performansını değerlendirmek için normal koşullar ( P= 101,325 kPa, T= 20?) vb.
Tüm termodinamik parametreler zaman içinde sabit ve sistemin her noktasında aynı ise sistemin bu durumuna denir. eş-yay.
Sistemdeki farklı noktalar arasında sıcaklık, basınç ve diğer parametrelerde farklılıklar varsa, o zaman dengesizlik. Böyle bir sistemde, parametre gradyanlarının etkisi altında, ısı akışları, maddeler ve diğerleri ortaya çıkar ve onu denge durumuna döndürmeye çalışır. Tecrübe şunu gösteriyor Yalıtılmış bir sistem zamanla her zaman bir denge durumuna ulaşır ve bu dengeyi hiçbir zaman kendiliğinden terk edemez. Klasik termodinamikte sadece denge sistemleri dikkate alınır.
Durum denklemi. Denge termodinamik sistemi için durum parametreleri arasında fonksiyonel bir ilişki vardır. durum denklemi. Deneyimler, gazlar, buharlar veya sıvılar olan en basit sistemlerin özgül hacminin, sıcaklığının ve basıncının birbiriyle ilişkili olduğunu göstermektedir. termal denklem görüş durumu:
Durum denklemine başka bir form verilebilir:
Bu denklemler, sistemin durumunu belirleyen üç ana parametreden herhangi ikisinin bağımsız olduğunu göstermektedir.
Termodinamik yöntemleri kullanarak problemleri çözmek için durum denklemini bilmek kesinlikle gereklidir. Ancak termodinamik çerçevesinde elde edilemez ve ya deneysel olarak ya da istatistiksel fizik yöntemleriyle bulunması gerekir. Durum denkleminin spesifik şekli, maddenin bireysel özelliklerine bağlıdır.
Termodinamik sistem- birbirleriyle ve diğer cisimlerle (dış çevre) etkileşime girebilen bir dizi makroskobik cisim - onlarla enerji ve madde alışverişi yapın. Enerji ve madde alışverişi hem sistemin kendi içinde parçaları arasında hem de sistem ile dış çevre arasında gerçekleşebilir. Sistemi dış ortamdan izole etmenin olası yöntemlerine bağlı olarak, çeşitli termodinamik sistem türleri ayırt edilir.
Açık sistem Dış ortamla madde ve enerji alışverişi yapabilen termodinamik sistem denir. Bu tür sistemlerin tipik örnekleri, tüm canlı organizmaların yanı sıra, buharlaşma veya kaynama nedeniyle kütlesi sürekli olarak azalan sıvılardır.
Termodinamik sistem isminde kapalı Dış çevreyle enerji veya madde alışverişi yapamıyorsa. Kapalı bir sistemi mekanik olarak izole edilmiş bir termodinamik sistem olarak adlandıracağız; İş yaparak dış ortamla enerji alışverişi yapamayan. Böyle bir sistemin bir örneği, sabit hacimli bir kapta bulunan bir gazdır. Termodinamik sistem denir adyabatik Isı alışverişi yoluyla diğer sistemlerle enerji alışverişi yapamıyorsa.
Termodinamik parametreler (durum parametreleri) termodinamik bir sistemin durumunu karakterize etmeye yarayan fiziksel niceliklerdir.
Termodinamik parametrelere örnek olarak basınç, hacim, sıcaklık ve konsantrasyon verilebilir. İki tür termodinamik parametre vardır: yaygın Ve yoğun. Birincisi belirli bir termodinamik sistemdeki madde miktarıyla orantılıdır, ikincisi ise sistemdeki madde miktarına bağlı değildir. En basit kapsamlı parametre hacimdir V sistemler. Boyut v Sistemin hacminin kütlesine oranına eşit olan değere sistemin özgül hacmi denir. En basit yoğun parametreler basınçtır R ve sıcaklık T.
Basınç fiziksel bir niceliktir
Nerede dFn– düz bir gövdenin yüzeyinin küçük bir alanına etki eden normal kuvvet modülü
tedbirli bir şekilde dS.
Eğer basınç ve özgül hacmin açık ve basit bir fiziksel anlamı varsa, o zaman sıcaklık kavramı çok daha karmaşık ve daha az açıktır. Öncelikle sıcaklık kavramının, tam anlamıyla, yalnızca sistemin denge durumları için anlamlı olduğunu belirtelim.
Bir termodinamik sistemin denge durumu– tüm parametrelerin belirli değerlere sahip olduğu ve sistemin istenildiği kadar kalabileceği sistem durumu. Denge durumunda bir termodinamik sistemin tüm parçalarındaki sıcaklık aynıdır.
Sıcaklıkları farklı iki cisim arasında ısı alışverişi yapıldığında, ısı, sıcaklığı yüksek olan cisimden sıcaklığı düşük olan cisme aktarılır. Bu işlem her iki cismin sıcaklıkları eşitlendiğinde durur.
Denge durumundaki bir sistemin sıcaklığı, sistemi oluşturan atomların, moleküllerin ve diğer parçacıkların termal hareketinin yoğunluğunun bir ölçüsü olarak hizmet eder. Klasik istatistiksel fizik yasalarıyla tanımlanan ve denge durumundaki bir parçacık sisteminde, parçacıkların termal hareketinin ortalama kinetik enerjisi, sistemin termodinamik sıcaklığıyla doğru orantılıdır. Bu nedenle bazen sıcaklığın vücudun ısınma derecesini karakterize ettiği söylenir.
Yalnızca dolaylı olarak yapılabilen sıcaklığı ölçerken, vücudun doğrudan veya dolaylı olarak ölçülebilen bir dizi fiziksel özelliğinin sıcaklığa bağımlılığı kullanılır. Örneğin bir cismin sıcaklığı değiştiğinde uzunluğu ve hacmi, yoğunluğu, elastik özellikleri, elektrik direnci vb. değişir. Bu özelliklerden herhangi birinin değiştirilmesi sıcaklık ölçümlerinin temelini oluşturur. Bunu yapmak için, termometrik gövde adı verilen bir (seçilmiş) gövde için bu özelliğin sıcaklığa işlevsel bağımlılığının bilinmesi gerekir. Pratik sıcaklık ölçümleri için termometrik gövdeler kullanılarak oluşturulan sıcaklık ölçekleri kullanılır. Uluslararası Santigrat Sıcaklık Ölçeğinde sıcaklık, santigrat derece (°C) cinsinden ifade edilir [A. Santigrat (1701–1744) - İsveçli bilim adamı] ve belirlenmiş T 1,01325 × 10 5 Pa normal basınçta buzun ve kaynar suyun erime sıcaklıklarının sırasıyla 0 ve 100 °C'ye eşit olduğu varsayılmaktadır. Termodinamik sıcaklık ölçeğinde sıcaklık Kelvin (K) [U. Thomson, Lord Kelvin (1821–1907) – İngiliz fizikçi], T ve buna termodinamik sıcaklık denir. Termodinamik sıcaklık arasındaki ilişki T ve santigrat ölçekte sıcaklık şu şekildedir: T = T + 273,15.
Sıcaklık T= 0 K (santigrat ölçeği T= –273,15 °C) denir mutlak sıfır sıcaklık veya termodinamik sıcaklık ölçeğinde sıfır.
Sistem durumu parametreleri harici ve dahili olarak ayrılmıştır. Harici parametreler sistemler, belirli bir sistemin dışındaki cisimlerin uzaydaki konumuna ve çeşitli özelliklerine (örneğin elektrik yükleri) bağlı olan fiziksel niceliklerdir. Örneğin gaz için bu parametre hacimdir V gemi,
gazın bulunduğu yer, çünkü hacim dış gövdelerin konumuna - kabın duvarlarına bağlıdır. Atmosfer basıncı, açık bir kaptaki sıvı için harici bir parametredir. Dahili parametreler Sistemler, hem sistemin dışındaki cisimlerin konumuna hem de bu sistemi oluşturan parçacıkların koordinatlarına ve hızlarına bağlı olan fiziksel niceliklerdir. Örneğin, bir gazın iç parametreleri, hareket eden moleküllerin koordinatlarına ve hızlarına ve gazın yoğunluğuna bağlı olan basınç ve enerjisidir.
Altında termodinamik süreç Termodinamik parametrelerdeki bir değişiklikle karakterize edilen, söz konusu termodinamik sistemin durumundaki herhangi bir değişikliği anlamak. Termodinamik süreç denir denge, eğer bu süreçte sistem sonsuz derecede yakın termodinamik denge durumlarının sürekli bir serisinden geçiyorsa. Bir sistemin durumundaki gerçek değişim süreçleri her zaman sonlu bir hızda meydana gelir ve bu nedenle denge olamaz. Bununla birlikte, sistemin durumunu değiştirmenin gerçek sürecinin dengeye daha yakın olacağı açıktır, ne kadar yavaş olursa bu tür süreçlere denir. yarı statik.
En basit termodinamik proseslerin örnekleri aşağıdaki proseslerdir:
a) sistemin sıcaklığının değişmediği izotermal bir süreç ( T= sabit);
b) sistemin sabit bir hacminde meydana gelen izokorik bir süreç ( V= sabit);
c) sistemde sabit basınçta meydana gelen izobarik bir süreç ( P= sabit);
d) sistem ile dış çevre arasında ısı alışverişi olmadan meydana gelen adyabatik bir süreç.