?vadas. ?ilumos in?inerijos dalykas. Pagrindin?s s?vokos ir apibr??imai. Termodinamin? sistema. B?senos parinktys. Temperat?ra. Spaudimas. Specifinis t?ris. B?senos lygtis. Van der Waalso lygtis .

Santykis tarp vienet?:

1 baras = 105 Pa

1 kg / cm 2 (atmosfera) \u003d 9,8067 10 4 Pa

1 mmHg st (gyvsidabrio milimetras) = 133 Pa

1 mm w.c. Art. (vandens stulpelio milimetras) = 9,8067 Pa

Tankis - med?iagos mas?s ir jos u?imamo t?rio santykis.

Specifinis t?ris - tankio atvirk?tin? vert?, t.y. med?iagos t?rio ir jos mas?s santykis.

Apibr??imas: Jeigu termodinamin?je sistemoje pasikei?ia bent vienas i? bet kurio ? sistem? patenkan?io k?no parametr?, tai termodinaminis procesas .

Pagrindiniai b?senos termodinaminiai parametrai P, V, T vienar??iai k?nai priklauso vienas nuo kito ir yra tarpusavyje susij? b?senos lygtimi:

F(P, V, T)

Idealioms dujoms b?senos lygtis para?yta taip:

P- spaudimas

v- specifinis t?ris

T- temperat?ra

R- duj? konstanta (kiekvienos dujos turi savo vert?)

Jei b?senos lygtis yra ?inoma, tai norint nustatyti papras?iausi? sistem? b?sen?, pakanka ?inoti du nepriklausomus kintamuosius i? 3

P \u003d f1 (v, t); v = f2 (P, T); T = f3(v, P).

Termodinamikos procesai da?nai vaizduojami b?sen? grafikuose, kur b?senos parametrai br??iami i?ilgai a?i?. Tokio grafiko plok?tumos ta?kai atitinka tam tikr? sistemos b?sen?, linijos grafike – termodinaminius procesus, perkelian?ius sistem? i? vienos b?senos ? kit?.

Apsvarstykite termodinamin? sistem?, kuri? sudaro vienas tam tikr? duj? korpusas inde su st?mokliu, o indas ir st?moklis ?iuo atveju yra i?orin? aplinka.

Tegul, pavyzd?iui, dujos inde yra ?ildomos, galimi du atvejai:

1) Jei st?moklis yra fiksuotas ir t?ris nesikei?ia, sl?gis inde padid?s. Toks procesas vadinamas izochorinis(v = const) pastoviu t?riu;

Ry?iai. 1.1. Izochoriniai procesai P-T koordinat?s: v1 > v2 > v3

2) Jei st?moklis yra laisvas, ?ildomos dujos i?sipl?s, esant pastoviam sl?giui, ?is procesas vadinamas izobarinis (P= const), esant pastoviam sl?giui.

Ry?iai. 1.2 Izobariniai procesai v - T koordinat?s: P1>P2>P3

Jei judindami st?mokl? pakeisite duj? t?r? inde, pasikeis ir duj? temperat?ra, ta?iau au?inant ind? duj? suspaudimo metu ir kaitinant pl?timosi metu galima pasiekti, kad temperat?ra pakils. b?ti pastovus kei?iantis t?riui ir sl?giui, toks procesas vadinamas izoterminis (T= const).

Ry?iai. 1.3 Izoterminiai procesai in P-v koordinat?s: T 1 > T 2 > T 3

Procesas, kurio metu nevyksta ?ilumos mainai tarp sistemos ir aplinkos, vadinamas adiabatinis, o ?ilumos kiekis sistemoje i?lieka pastovus ( K= const). Realiame gyvenime adiabatini? proces? n?ra, nes ne?manoma visi?kai izoliuoti sistemos nuo aplinkos. Ta?iau da?nai vyksta procesai, kuriuose ?ilumos mainai su aplinka yra labai ma?i, pavyzd?iui, greitas duj? suspaudimas inde st?mokliu, kai ?iluma nesp?ja pasi?alinti d?l st?moklio ir indo ?kaitimo.

Ry?iai. 1.4 Apytikslis adiabatinio proceso grafikas P-v koordinates.

Apibr??imas: ?iedinis procesas (ciklas) - yra proces? rinkinys, gr??inantis sistem? ? pradin? b?sen?. Atskir? proces? skai?ius gali b?ti bet koks skai?ius cikle.

Apskrito proceso samprata mums yra svarbiausia termodinamikoje, nes atomin?s elektrin?s darbas pagr?stas garo-vandens ciklu, kitaip tariant, galime svarstyti vandens garavim? ?erdyje, turbinos sukim?si. rotorius garais, gar? kondensacija ir vandens srautas ? ?erd? kaip u?daras termodinaminis procesas arba ciklas.

Apibr??imas: darbinis k?nas - tam tikras kiekis med?iagos, kuri, dalyvaudama termodinaminiame cikle, atlieka nauding? darb?. Darbinis skystis RBMK reaktoriaus gamykloje yra vanduo, kuris i?garav?s aktyviojoje zonoje gar? pavidalu veikia turbinoje, sukdamas rotori?.

Apibr??imas: Energijos perk?limas termodinaminiame procese i? vieno k?no ? kit?, susij?s su darbinio skys?io t?rio pasikeitimu, jo jud?jimu i?orin?je erdv?je arba su pad?ties pasikeitimu vadinamas proceso darbas .

Termodinamin? sistema

Technin? termodinamika (t / d) nagrin?ja abipusio ?ilumos virsmo darbu d?snius. Jis nustato ry?? tarp termini?, mechanini? ir chemini? proces?, vykstan?i? ?ilumin?se ir ?aldymo ma?inose, tiria dujose ir garuose vykstan?ius procesus, taip pat ?i? k?n? savybes ?vairiomis fizin?mis s?lygomis.

Termodinamika remiasi dviem pagrindiniais termodinamikos d?sniais (prad?iais):

I termodinamikos d?snis- energijos virsmo ir tverm?s d?snis;

II termodinamikos d?snis- nustato makroskopini? proces? srauto ir krypties s?lygas sistemose, susidedan?iose i? daugyb?s daleli?.

Technin? t/d, taikant pagrindinius d?snius ?ilumos pavertimo mechaniniu darbu procesams ir atvirk??iai, leid?ia kurti ?ilumini? varikli? teorijas, tirti juose vykstan?ius procesus ir kt.

Tyrimo objektas yra termodinamin? sistema, kuri gali b?ti k?n? grup?, k?nas arba k?no dalis. Tai, kas yra u? sistemos rib?, vadinama aplink?. T/D sistema yra makroskopini? k?n? rinkinys, kei?iantis energij? tarpusavyje ir su aplinka. Pavyzd?iui: t / d sistema - dujos, esan?ios cilindre su st?mokliu, o aplinka - cilindras, st?moklis, oras, patalpos sienos.

izoliuota sistema - t / d sistema, kuri nes?veikauja su aplinka.

Adiabatin? (?ilum? izoliuota) sistema - sistema turi adiabatin? apvalkal?, kuris ne?traukia ?ilumos main? (?ilumos main?) su aplinka.

vienalyt? sistema – sistema, kurios sud?tis ir visos fizin?s savyb?s yra vienodos.

vienalyt? sistema - vienalyt? sud?ties ir fizin?s strukt?ros sistema, kurios viduje n?ra s?saj? (ledo, vandens, duj?).

nevienalyt? sistema - sistema, susidedanti i? keli? vienar??i? dali? (fazi?), turin?i? skirtingas fizines savybes, atskirt? viena nuo kitos matomomis s?sajomis (ledu ir vandeniu, vandeniu ir garais).
?ilumos varikliuose (varikliuose) mechaniniai darbai atliekami naudojant darbinius skys?ius – dujas, garus.

Kiekvienos sistemos savybes apib?dina daugyb? dyd?i?, kurie paprastai vadinami termodinaminiais parametrais. Panagrin?kime kai kuriuos i? j?, naudodamiesi molekulin?mis-kinetin?mis koncepcijomis, ?inomomis i? fizikos kurso apie idealias dujas kaip molekuli?, kurios turi nykstan?ius dyd?ius, yra atsitiktinio ?iluminio jud?jimo ir s?veikauja viena su kita tik susid?rimo metu, rinkin?.

Sl?gis atsiranda d?l darbinio skys?io molekuli? s?veikos su pavir?iumi ir yra skaitine prasme lygus j?gai, veikian?iai k?no pavir?iaus plot? i?ilgai ?prasto pavir?iaus. Pagal molekulin? kinetin? teorij? duj? sl?gis nustatomas pagal ry??

Kur n yra molekuli? skai?ius t?rio vienete;

t yra molekul?s mas?; nuo 2 yra molekuli? transliacinio jud?jimo vidutinis kvadratinis greitis.

Tarptautin?je vienet? sistemoje (SI) sl?gis i?rei?kiamas paskaliais (1 Pa = 1 N/m2). Kadangi ?is ?renginys yra ma?as, patogiau naudoti 1 kPa = 1000 Pa ir 1 MPa = 10 6 Pa.

Sl?gis matuojamas manometrais, barometrais ir vakuumo matuokliais.

Skys?i? ir spyruokliniai sl?gio matuokliai matuoja manometrin? sl?g?, kuris yra skirtumas tarp bendro arba absoliutaus sl?gio. R i?matuotas vidutinis ir atmosferos sl?gis

p bankomat?, t.y.

?emesnio nei atmosferos sl?gio matavimo prietaisai vadinami vakuuminiais matuokliais; j? rodmenys suteikia vakuumo (arba vakuumo) vert?:

y., atmosferos sl?gio perteklius vir? absoliutaus sl?gio.

Atkreipkite d?mes?, kad b?senos parametras yra absoliutus sl?gis. Tai ?eina ? termodinamines lygtis.

temperat?rosvadinamas fizikiniu dyd?iu charakterizuojantis k?no ?kaitimo laipsn?. Temperat?ros samprata i?plaukia i? tokio teiginio: jei dvi sistemos yra ?iluminiame kontakte, tai jei j? temperat?ros n?ra lygios, jos keisis ?ilum? viena su kita, ta?iau jei j? temperat?ros bus lygios, ?ilumos mainai nebus.

Molekulin?s kinetin?s koncepcijos po?i?riu temperat?ra yra molekuli? ?iluminio jud?jimo intensyvumo matas. Jo skaitin? vert? yra susijusi su med?iagos molekuli? vidutin?s kinetin?s energijos verte:

kur k ar Boltzmanno konstanta lygi 1.380662.10? 23 J/K. Taip apibr??ta temperat?ra T vadinama absoliu?ia.

SI sistemoje temperat?ros vienetas yra kelvinas (K); praktikoje pla?iai naudojamas Celsijaus laipsnis (°C). Santykis tarp absoliutaus T ir Celsijaus a? temperat?ra turi form?

Pramonin?mis ir laboratorin?mis s?lygomis temperat?ra matuojama naudojant skys?i? termometrus, pirometrus, termoporas ir kitus prietaisus.

Specifinis t?ris v— yra med?iagos t?ris mas?s vienetui. Jei vienalytis mas?s k?nas M u?ima t?r? v, tada pagal apibr??im?

v= V/M.

SI sistemoje savitojo t?rio vienetas yra 1 m 3 /kg. Yra akivaizdus ry?ys tarp specifinio med?iagos t?rio ir jos tankio:

Norint palyginti dyd?ius, apib?dinan?ius sistemas tose pa?iose b?senose, ?vedama „normali? fizini? s?lyg?“ s?voka:

p= 760 mmHg = 101,325 kPa; T= 273,15 K.

?vairiose technologijos ?akose ir skirtingose ?alyse jie pristato savo, ?iek tiek skiriasi nuo auk??iau min?t? „?prast? s?lyg?“, pavyzd?iui, „technines“ ( p= 735,6 mmHg = 98 kPa, t= 15?C) arba normaliomis s?lygomis kompresori? na?umui ?vertinti ( p= 101,325 kPa, t\u003d 20? C) ir kt.

Jei visi termodinaminiai parametrai yra pastov?s laike ir vienodi visuose sistemos ta?kuose, tai tokia sistemos b?sena vadinama subalansuotas pavasaris.

Jei skirtinguose sistemos ta?kuose yra temperat?ros, sl?gio ir kit? parametr? skirtumai, tai yra nepusiausvyros. Tokioje sistemoje, veikiant parametr? gradientams, atsiranda ?ilumos, med?iag? ir kit? srautai, link? gr??inti j? ? pusiausvyros b?sen?. Patirtis tai rodo izoliuota sistema laikui b?gant visada patenka ? pusiausvyros b?sen? ir niekada negali i? jos i?eiti spontani?kai. Klasikin?je termodinamikoje nagrin?jamos tik pusiausvyros sistemos.

B?senos lygtis. Pusiausvyros termodinamin?s sistemos atveju tarp b?senos parametr? yra funkcinis ry?ys, kuris vadinamas b?senos lygtis. Patirtis rodo, kad papras?iausi? sistem?, kurios yra dujos, garai ar skys?iai, specifinis t?ris, temperat?ra ir sl?gis yra susij?. ?ilumin? lygtis per?i?ros b?sena:

B?senos lygtis gali b?ti pateikta kita forma:

?ios lygtys rodo, kad i? trij? pagrindini? parametr?, lemian?i? sistemos b?sen?, bet kurie du yra nepriklausomi.

Norint i?spr?sti problemas termodinaminiais metodais, b?tina ?inoti b?senos lygt?. Ta?iau jis negali b?ti gautas termodinamikos r?muose ir turi b?ti rastas arba eksperimenti?kai, arba statistin?s fizikos metodais. Konkreti b?senos lygties forma priklauso nuo individuali? med?iagos savybi?.

Termodinamika yra mokslas, tiriantis k?nuose vykstan?ius ?iluminius rei?kinius, nesusiejant j? su med?iagos molekuline strukt?ra.

Termodinamikoje manoma, kad visi ?iluminiai procesai k?nuose pasi?ymi tik makroskopiniais parametrais- sl?gis, t?ris ir temperat?ra. Ir kadangi jie negali b?ti taikomi atskiroms molekul?ms ar atomams, tai, skirtingai nuo molekulin?s-kinetin?s teorijos, termodinamikoje neatsi?velgiama ? med?iagos molekulin? strukt?r? ?iluminiuose procesuose.

Visos termodinamikos s?vokos suformuluotos kaip eksperiment? metu pasteb?t? fakt? apibendrinimas. D?l ?ios prie?asties ji vadinama fenomenologine (apra?om?ja) ?ilumos teorija.

Termodinamin?s sistemos

Termodinamika apib?dina ?iluminius procesus, vykstan?ius makroskopin?se sistemose. Tokios sistemos susideda i? daugyb?s daleli? – molekuli? ir atom? ir vadinamos termodinamin?mis.

termodinamine sistema gali b?ti laikomas bet koks objektas, kur? galima pamatyti plika akimi arba mikroskop?, teleskop? ir kit? optini? instrument? pagalba. Svarbiausia, kad sistemos matmenys erdv?je ir egzistavimo laikas leist? i?matuoti jos parametrus – temperat?r?, sl?g?, mas?, chemin? element? sud?t? ir kt., naudojant prietaisus, kurie nereaguoja ? sistemos ?tak?. atskiros molekul?s (sl?gma?iai, termometrai ir kt.).

Chemik? nuomone, termodinamin? sistema yra chemini? med?iag?, s?veikaujan?i? viena su kita chemin?s reakcijos metu, mi?inys. Astrofizikai toki? sistem? pavadins dangaus k?nu. Kuro ir oro mi?inys automobilio variklyje, ?em?s rutulys, m?s? k?nas, ra?iklis, u?ra?? knygel?, stakl?s ir kt. taip pat yra termodinamin?s sistemos.

Kiekviena termodinamin? sistema yra atskirta nuo aplinkos ribomis. Jie gali b?ti tikri – stiklin?s m?gintuv?lio sienel?s su chemine med?iaga, cilindro korpusas variklyje ir kt. Ir jie gali b?ti s?lyginiai, kai, pavyzd?iui, tiria debesies susidarym? atmosferoje.

Jei tokia sistema su aplinka nesikei?ia nei energija, nei med?iaga, tada ji vadinama izoliuotas arba u?daryta .

Jei sistema kei?iasi energija su i?orine aplinka, bet nesikei?ia materija, tada ji vadinama u?daryta .

atvira sistema kei?iasi energija ir med?iaga su aplinka.

Termodinamin? pusiausvyra

?i s?voka taip pat ?traukta ? termodinamik? kaip eksperimentini? rezultat? apibendrinimas.

Termodinamin? pusiausvyra vadinama tokia sistemos b?sena, kai visi jos makroskopiniai dyd?iai – temperat?ra, sl?gis, t?ris ir entropija – laikui b?gant nesikei?ia, jei sistema yra izoliuota. Bet kuri u?dara termodinamin? sistema gali spontani?kai pereiti ? toki? b?sen?, jei visi i?oriniai parametrai i?lieka pastov?s.

Papras?iausias termodinamin?s pusiausvyros sistemos pavyzdys yra termosas su kar?ta arbata. Temperat?ra jame yra vienoda bet kuriame skys?io ta?ke. Nors termos? galima vadinti izoliuota sistema tik apytiksliai.

Bet kuri u?dara termodinamin? sistema spontani?kai linkusi pereiti ? termodinamin? pusiausvyr?, jei i?oriniai parametrai nesikei?ia.

Termodinaminis procesas

Jei pasikei?ia bent vienas i? makroskopini? parametr?, jie sako, kad sistema yra termodinaminis procesas . Toks procesas gali vykti pasikeitus i?oriniams parametrams arba sistemai prad?jus priimti ar perduoti energij?. D?l to jis pereina ? kit? b?sen?.

Apsvarstykite arbatos termose pavyzd?. Jei ? arbat? ?merksime ledo gabal?l? ir u?darysime termos?, tai i?kart skirtingose skys?io dalyse pasireik? temperat?r? skirtumas. Termose esantis skystis link?s suvienodinti temperat?r?. I? vietovi?, kuriose temperat?ra auk?tesn?, ?iluma bus perkelta ten, kur temperat?ra ?emesn?. Tai rei?kia, kad vyks termodinaminis procesas. Gal? gale arbatos temperat?ra termose v?l taps tokia pati. Bet ji jau skirsis nuo pradin?s temperat?ros. Sistemos b?kl? pasikeit?, nes pasikeit? jos temperat?ra.

Termodinaminis procesas vyksta, kai kar?t? dien? papl?dimyje ?kaitintas sm?lis nakt? at??la. Iki ryto jo temperat?ra nukrenta. Ta?iau kai tik saul? pakils, ?ildymo procesas prasid?s i? naujo.

Vidin? energija

Viena i? pagrindini? termodinamikos s?vok? yra vidin? energija .

Visi makroskopiniai k?nai turi vidin? energij?, kuri yra vis? k?n? sudaran?i? daleli? (atom? ir molekuli?) kinetin?s ir potencialios energijos suma. ?ios dalel?s s?veikauja tik viena su kita ir nes?veikauja su aplinkos dalel?mis. Vidin? energija priklauso nuo daleli? kinetin?s ir potencin?s energijos ir nepriklauso nuo paties k?no pad?ties.

U = E k + E p

Vidin? energija kei?iasi priklausomai nuo temperat?ros. Molekulin? kinetin? teorija tai paai?kina kei?iant med?iagos daleli? jud?jimo greit?. Jei k?no temperat?ra pakyla, tada daleli? jud?jimo greitis did?ja, atstumas tarp j? did?ja. D?l to j? kinetin? ir potenciali energija did?ja. Kai temperat?ra nukrenta, vyksta atvirk?tinis procesas.

Termodinamikai svarbiau ne vidin?s energijos vert?, o jos kitimas. O vidin? energij? galite keisti naudodamiesi ?ilumos perdavimo procesu arba atlikdami mechanin? darb?.

Vidin?s energijos pokytis mechaniniu darbu

Benjaminas Rumfordas

K?no vidin? energij? galima pakeisti atliekant mechanin? darb?. Jei dirbama su k?nu, mechanin? energija paver?iama vidine energija. O jei darb? atlieka k?nas, tai jo vidin? energija paver?iama mechanine energija.

Beveik iki XIX am?iaus pabaigos buvo tikima, kad egzistuoja ne??velgiama med?iaga – kalorijos, perduodan?ios ?ilum? i? k?no ? k?n?. Kuo daugiau kalorij? pateks ? k?n?, tuo bus ?il?iau, ir atvirk??iai.

Ta?iau 1798 metais angloamerikie?i? mokslininkas grafas Benjaminas Rumfordas prad?jo abejoti kalorij? teorija. To prie?astis buvo ginklo vamzd?i? ?kaitimas gr??imo metu. Jis teig?, kad ?kaitimo prie?astis yra mechaninis darbas, kuris atliekamas gr??to trinties metu ant statin?s.

Ir Rumfoordas atliko eksperiment?. Nor?dami padidinti trinties j?g?, jie pa?m? buk? gr??t?, o pati statin? buvo ?d?ta ? statin? su vandeniu. Tre?ios gr??imo valandos pabaigoje vanduo statin?je prad?jo virti. Tai rei?k?, kad statin? gaudavo ?ilum?, kai joje buvo atliekami mechaniniai darbai.

?ilumos perdavimas

?ilumos perdavimas vadinamas fiziniu procesu, kai ?ilumin? energija (?iluma) perkeliama i? vieno k?no ? kit? per tiesiogin? kontakt? arba per skiriam?j? pertvar?. Paprastai ?iluma i? ?iltesnio k?no perduodama ?altesniam. ?is procesas baigiasi, kai sistema pasiekia termodinamin?s pusiausvyros b?sen?.

Energija, kuri? k?nas gauna arba i?skiria ?ilumos perdavimo metu, vadinama ?ilumos kiekis .

Pagal ?ilumos perdavimo b?d? ?ilumos perdavim? galima suskirstyti ? 3 tipus: ?ilumos laidum?, susitarim?, ?ilumin? spinduliuot?.

?ilumos laidumas

Jei tarp k?n? ar j? dali? yra temperat?r? skirtumas, tada tarp j? ?vyks ?ilumos perdavimo procesas. ?ilumos laidumas vadinamas vidin?s energijos perdavimo i? labiau ?kaitinto k?no (ar jo dalies) ? ma?iau ?ildom? k?n? (ar jo dal?) procesas.

Pavyzd?iui, pakaitinus vien? plieninio strypo gal? ant ugnies, po kurio laiko pajusime, kad ?kaista ir kitas jo galas.

Lengvai laikome stiklin? lazdel?, kurios vienas galas kar?tas, u? kito galo nesudegindami. Bet jei bandysime t? pat? eksperiment? atlikti su gele?iniu strypu, mums nepavyks.

Skirtingos med?iagos skirtingai praleid?ia ?ilum?. Kiekvienas i? j? turi savo ?ilumos laidumo koeficientas, arba laidumas, skaitine prasme lygus ?ilumos kiekiui, praeinan?iam per 1 m storio m?gin?, kurio plotas 1 m 2 per 1 sekund?. 1 K laikomas temperat?ros vienetu.

Metalai geriausiai praleid?ia ?ilum?. Tai j? turtas, kur? naudojame kasdieniame gyvenime, gamindami metaliniuose puoduose ar keptuv?se. Ta?iau j? rankenos netur?t? ?kaisti. Tod?l jie gaminami i? med?iag?, kuri? ?ilumos laidumas yra prastas.

Skys?i? ?ilumos laidumas yra ma?esnis. O dujos turi prast? ?ilumos laidum?.

Gyv?n? kailis taip pat yra prastas ?ilumos laidininkas. D?l ?ios prie?asties jie neperkaista kar?tu oru ir neu???la ?altu oru.

konvencija

Pagal susitarim? ?iluma perduodama purk?tukais ir duj? ar skys?io srautais. N?ra susitarimo d?l kiet?j? med?iag?.

Kaip skystyje atsiranda susitarimas? Kai dedame ant ugnies virdul? su vandeniu, apatinis skys?io sluoksnis ?kaista, jo tankis ma??ja, juda auk?tyn. Jo viet? u?ima ?altesnis vandens sluoksnis. Po kurio laiko jis taip pat ?kais ir taip pat pakeis vietomis ?altesniu sluoksniu. ir kt.

Pana?us procesas vyksta ir dujose. Neatsitiktinai ?ildymo baterijos dedamos kambario apa?ioje. Juk ?ildomas oras visada kyla ? kambario vir??. O ?emesn?, ?alta, atvirk??iai, krenta. Tada jis taip pat ??yla ir v?l pakyla, o vir?utinis sluoksnis per t? laik? atv?sta ir nusileid?ia.

Susitarimas yra nat?ralus ir priverstinis.

Atmosferoje nuolat vyksta nat?ralus susitarimas. D?l to ?ilto oro mas?s nuolat juda auk?tyn, o ?altos - ?emyn. Rezultatas – v?jas, debesys ir kiti gamtos rei?kiniai.

Kai nat?ralaus susitarimo neu?tenka, naudoju priverstin? susitarim?. Pavyzd?iui, ?iltas oras patalpoje teka ventiliatoriaus men?i? pagalba.

?ilumin? spinduliuot?

Saul? ?ildo ?em?. N?ra jokio ?ilumos perdavimo ar susitarimo. Taigi kod?l k?nai ?kaista?

Faktas yra tas, kad Saul? yra ?ilumin?s spinduliuot?s ?altinis.

?ilumin? spinduliuot? yra elektromagnetin? spinduliuot?, atsirandanti d?l vidin?s k?no energijos. Visi mus supantys k?nai spinduliuoja ?ilumin? energij?. Tai gali b?ti matoma stalin?s lempos ?viesa arba nematom? ultravioletini?, infraraudon?j? ar gama spinduli? ?altiniai.

Ta?iau k?nai ne tik spinduliuoja ?ilum?. Jie taip pat j? vartoja. Vieni didesniu mastu, kiti – ma?esniu mastu. Be to, tams?s k?nai ir ?kaista, ir atv?sta grei?iau nei ?vies?s. Kar?tu oru stengiam?s d?v?ti ?viesius drabu?ius, nes jie sugeria ma?iau ?ilumos nei tamsios spalvos drabu?iai. Tamsios spalvos automobilis saul?je ?kaista daug grei?iau nei ?alia stovintis ?viesus.

?i med?iag? savyb? ?vairiais b?dais sugerti ir spinduliuoti ?ilum? naudojama kuriant naktinio matymo sistemas, raket? nukreipimo sistemas ir kt.

Termodinamin? sistema yra bet kokia fizin? sistema, susidedanti i? daugyb?s daleli? – atom? ir molekuli?, kurios atlieka begalin? ?ilumin? jud?jim? ir, s?veikaudamos tarpusavyje, kei?iasi energija. Tokios termodinamin?s sistemos, be to, pa?ios papras?iausios, yra dujos, kuri? molekul?s atlieka atsitiktin? transliacin? ir sukam?j? jud?jim? bei kei?iasi kinetin?mis energijomis susid?rim? metu. Termodinamin?s sistemos taip pat tvirtos

ir skystos med?iagos. Kiet?j? med?iag? molekul?s sukelia atsitiktinius virpesius aplink savo pusiausvyros pad?tis; energijos mainai tarp molekuli? vyksta d?l nuolatin?s j? s?veikos, d?l ko vienos molekul?s pasislinkimas i? pusiausvyros pad?ties i? karto atsispindi vidurini? molekuli? vietoje ir jud?jimo grei?iu. Kadangi vidutin? molekuli? ?iluminio jud?jimo energija pagal (1.7) ir (1.8) formules yra susijusi su temperat?ra, temperat?ra yra svarbiausias fizikinis dydis, apib?dinantis ?vairias termodinamini? sistem? b?senas. Be temperat?ros, toki? sistem? b?senas lemia ir j? u?imamas t?ris bei sistem? veikiantis i?orinis sl?gis arba i?orin?s j?gos.

Svarbi termodinamini? sistem? savyb? yra pusiausvyros b?sen?, kuriose jos gali i?b?ti savavali?kai ilg? laik?, egzistavimas. Jei termodinamin? sistema, kuri yra vienoje i? pusiausvyros b?sen?, yra veikiama tam tikro i?orinio poveikio ir tada nutr?ksta, sistema spontani?kai pereina ? nauj? pusiausvyros b?sen?. Ta?iau reikia pabr??ti, kad polinkis pereiti ? pusiausvyros b?sen? yra visada ir nuolat, net ir tuo metu, kai sistema yra veikiama i?orini? poveiki?. ?i tendencija arba, tiksliau, nuolatinis proces?, vedan?i? ? pusiausvyros b?sen? pasiekim?, egzistavimas yra svarbiausia termodinamini? sistem? savyb?.

Duj?, esan?i? tam tikrame inde, pusiausvyros b?sena yra b?sena, kai temperat?ra, sl?gis ir tankis (arba molekuli? skai?ius t?rio vienete) duj? t?ryje yra visur vienodi. Jei kurioje nors tokio t?rio vietoje atsiranda vietinis ?kaitimas ar suspaudimas, tada sistemoje prasid?s temperat?ros ir sl?gio i?lyginimo procesas; ?is procesas t?sis tol, kol bus i?orin? ?taka, ta?iau tik ?iam poveikiui pasibaigus, i?lyginimo procesas atves sistem? ? nauj? pusiausvyros b?sen?.

Izoliuot? termodinamini? sistem? b?senos, kurios, nepaisant i?orini? poveiki? nebuvimo, nei?lieka ribot? laik?, vadinamos nepusiausvyromis. Sistema, i? prad?i? b?dama ne pusiausvyros b?senoje, galiausiai pereina ? pusiausvyros b?sen?. Per?jimo i? nepusiausvyros b?senos ? pusiausvyros b?sen? laikas vadinamas atsipalaidavimo laiku. Atvirk?tinis per?jimas i? pusiausvyros b?senos ? nepusiausvyr? gali b?ti atliktas i?orinio poveikio sistemai pagalba. Nepusiausvyra vis? pirma yra sistemos b?kl?, kai skirtingose vietose temperat?ra skiriasi; temperat?r? i?lyginimas dujose, kietose med?iagose ir skys?iuose yra ?i? k?n? per?jimas ? pusiausvyros b?sen? esant tokiai pa?iai temperat?rai k?no t?ryje. Kitas nepusiausvyros b?senos pavyzdys gali b?ti pateiktas atsi?velgiant ? dvifazes sistemas, susidedan?ias i? skys?io ir jo gar?. Jei u?darame inde vir? skys?io pavir?iaus yra neso?i?j? gar?, tai sistemos b?sena yra nepusiausvyra: i? skys?io per laiko vienet? i?skiriam? molekuli? skai?ius yra didesnis u? skai?i?.

molekul?s, kurios per t? pat? laik? gr??ta i? gar? ? skyst?. D?l to laikui b?gant molekuli? skai?ius gar? b?senoje did?ja (t. y. did?ja gar? tankis), kol susidaro pusiausvyros b?sena su

Per?jimas i? nepusiausvyros ? pusiausvyros b?sen? daugeliu atvej? vyksta nuolat, o ?io per?jimo greit? galima skland?iai valdyti atitinkamu i?oriniu poveikiu, tod?l atsipalaidavimo procesas tampa labai greitas arba labai l?tas. Taigi, pavyzd?iui, mechaninis mai?ymas gali ?ymiai padidinti temperat?ros i?lyginimo greit? skys?iuose ar dujose; au?inant skyst? galima labai sul?tinti jame i?tirpusios med?iagos difuzijos proces? ir kt.

Kai kurioms sistemoms yra tokios b?senos, vadinamos metastabiliomis, kuriose ?ios sistemos gali b?ti gana ilg? laik?, ta?iau kai tik sistema veikia tam tikro pob?d?io i?orin? poveik?, ?vyksta spontani?kas staigus per?jimas ? pusiausvyros b?sen?. . Tokiais atvejais i?orinis veiksmas tik atveria galimyb? pereiti ? pusiausvyros b?sen?. Pavyzd?iui, pakankamai grynas vanduo su l?tu ?ilumos tiekimu gali b?ti pa?ildytas iki keliais laipsniais auk?tesn?s u? virimo temperat?r?. Tokia vandens b?sena yra metastabili; jei tok? vanden? sukratote (arba ?leid?iate nedidel? kiek? dulki? daleli? - gar? burbuliuk? susidarymo centr?), jis u?verda sprogimu ir jo temperat?ra staigiai nukrenta iki virimo temperat?ros. Taigi metastabiliai b?senai b?dinga tai, kad i??jus i? ?ios b?senos, sistema ? j? ne tik negr??ta, bet, prie?ingai, dar labiau nuo jos tolsta, staigiai pereidama ? tam egzistuojan?i? pusiausvyros b?sen?. sistema.

Termodinamika yra mokslas, tiriantis bendrus proces? t?kmi? modelius kartu su energijos i?siskyrimu, absorbavimu ir transformavimu. Chemin? termodinamika tiria chemin?s energijos ir kit? jos form? – ?ilumin?s, ?viesos, elektrin?s ir kt. – tarpusavio virsmus, nustato ?i? virsm? kiekybinius d?snius, taip pat leid?ia numatyti med?iag? stabilum? tam tikromis s?lygomis ir geb?jim? patekti ? vid?. ? tam tikras chemines reakcijas. Termodinamikos svarstymo objektas vadinamas termodinamine sistema arba tiesiog sistema.

Sistema- bet koks gamtos objektas, susidedantis i? daugyb?s molekuli? (strukt?rini? vienet?) ir atskirtas nuo kit? gamtos objekt? realiu ar menamu ribiniu pavir?iumi (s?saja).

Sistemos b?sena – tai sistemos savybi? rinkinys, leid?iantis apibr??ti sistem? termodinamikos po?i?riu.

Termodinamini? sistem? tipai:

a?. Pagal med?iag? ir energijos main? su aplinka pob?d?:

1. Izoliuota sistema - nekei?ia med?iag? ar energijos su aplinka (Dm = 0; DE = 0) - termosas.

2. U?dara sistema – nekei?ia med?iag? su aplinka, bet gali keistis energija (u?dara kolba su reagentais).

3. Atvira sistema – gali keistis su aplinka, tiek med?iaga, tiek energija (?mogaus k?nu).

II. Pagal bendr? b?kl?:

1. Homogeni?kas - staigi? fizikini? ir chemini? savybi? poky?i? nebuvimas pereinant i? vienos sistemos srities ? kit? (jie susideda i? vienos faz?s).

2. Heterogenin?s – dvi ar daugiau vienar??i? sistem? vienoje (susideda i? dviej? ar daugiau fazi?).

Faz?- tai yra sistemos dalis, vienalyt? visuose sud?ties ir savybi? ta?kuose ir atskirta nuo kit? sistemos dali? s?saja. Vienalyt?s sistemos pavyzdys yra vandeninis tirpalas. Bet jei tirpalas yra prisotintas ir indo apa?ioje yra druskos kristal?, tada nagrin?jama sistema yra nevienalyt? (yra fazi? riba). Paprastas vanduo yra dar vienas vienalyt?s sistemos pavyzdys, ta?iau vanduo su jame pl?duriuojan?iu ledu yra nevienalyt? sistema.

fazi? per?jimas- faziniai virsmai (ledo tirpimas, vandens virimas).

Termodinaminis procesas- termodinamin?s sistemos per?jimas i? vienos b?senos ? kit?, kuris visada yra susij?s su sistemos pusiausvyros pa?eidimu.

Termodinamini? proces? klasifikacija:

7. Izoterminis – pastovi temperat?ra – T = konst

8. Izobarinis – pastovus sl?gis – p = konst

9. Isochoric – pastovus t?ris – V = const

standartin? b?kl? yra lyginimo standartu s?lyginai pasirinktos sistemos b?sena.

D?l duj? faz?- tai chemi?kai grynos med?iagos b?sena duj? faz?je esant standartiniam 100 kPa sl?giui (iki 1982 m. – 1 standartin? atmosfera, 101 325 Pa, 760 mmHg), o tai rei?kia, kad yra ideali? duj? savybi?.

D?l gryna faz?, mi?inys arba tirpiklis skystoje arba kietoje agregacijos b?senoje – tai chemi?kai grynos med?iagos b?sena skystoje arba kietoje faz?je esant standartiniam sl?giui.

D?l sprendimas- yra tirpios med?iagos, kurios standartinis moli?kumas yra 1 mol/kg, esant standartiniam sl?giui arba standartinei koncentracijai, b?sena, remiantis s?lygomis, kai tirpalas yra neribotai skied?iamas.

D?l chemi?kai gryna med?iaga yra med?iaga, esanti tiksliai apibr??toje agregacijos b?senoje, esant ai?kiai apibr??tam, bet savavali?kam standartiniam sl?giui.

Standartin?s b?senos apibr??ime ne?traukta standartin? temperat?ra, nors jie da?nai kalba apie standartin? temperat?r?, kuri yra 25 ° C (298,15 K).

2.2. Pagrindin?s termodinamikos s?vokos: vidin? energija, darbas, ?iluma

Vidin? energija U- bendras energijos rezervas, ?skaitant molekuli? jud?jim?, ry?i? virpesius, elektron?, branduoli? jud?jim? ir kt., t.y. vis? r??i? energijos i?skyrus kinetin? ir potencin? energij? sistemos kaip visuma.

Ne?manoma nustatyti jokios sistemos vidin?s energijos vert?s, ta?iau galima nustatyti vidin?s energijos pokyt? DU, kuris vyksta tam tikrame procese, kai sistema pereina i? vienos b?senos (kurios energija U 1) ? kit?. (su energija U 2):

DU priklauso nuo nagrin?jamos med?iagos tipo ir kiekio bei jos egzistavimo s?lyg?.

Bendra reakcijos produkt? vidin? energija skiriasi nuo pradini? med?iag? sumin?s vidin?s energijos, nes reakcijos metu persitvarko s?veikaujan?i? molekuli? atom? elektron? apvalkalai.

Termodinamin? sistema- makroskopini? k?n? rinkinys, galintis s?veikauti tarpusavyje ir su kitais k?nais (i?orine aplinka) - keistis energija ir med?iaga su jais. Energijos ir med?iagos mainai gali vykti tiek pa?ioje sistemoje tarp jos dali?, tiek tarp sistemos ir i?orin?s aplinkos. Atsi?velgiant ? galimus sistemos izoliavimo nuo i?orin?s aplinkos b?dus, i?skiriami keli termodinamini? sistem? tipai.

atvira sistema vadinama termodinamine sistema, galin?ia keistis med?iaga ir energija su aplinka. Tipi?ki toki? sistem? pavyzd?iai yra visi gyvi organizmai, taip pat skystis, kurio mas? nuolat ma??ja d?l garavimo ar virimo.

Termodinamin? sistema paskambino u?daryta jei negali keistis nei energija, nei med?iaga su aplinka. U?daryta sistem? vadinsime termodinamine sistema, izoliuota mechani?kai, t.y. nesugebantis keistis energija su aplinka dirbdamas darb?. Tokios sistemos pavyzdys yra dujos, u?darytos pastovaus t?rio inde. Termodinamin? sistema vadinama adiabatinis jeigu ji negali keistis energija su kitomis sistemomis ?ilumos main? b?du.

Termodinaminiai parametrai (b?senos parametrai) vadinami fizikiniais dyd?iais, kurie apib?dina termodinamin?s sistemos b?sen?.

Termodinamikos parametr? pavyzd?iai yra sl?gis, t?ris, temperat?ra, koncentracija. Yra dviej? tip? termodinaminiai parametrai: platus ir intensyvus. Pirmieji yra proporcingi med?iagos kiekiui tam tikroje termodinamin?je sistemoje, antrieji nepriklauso nuo med?iagos kiekio sistemoje. Papras?iausias platus parametras yra t?ris V sistemos. vert? v, lygus sistemos t?rio ir jos mas?s santykiui, vadinamas specifiniu sistemos t?riu. Papras?iausi intensyv?s parametrai yra sl?gis R ir temperat?ra T.

Sl?gis yra fizinis dydis

kur dFn yra normalios j?gos, veikian?ios nedidel? k?no pavir?iaus plot?, modulis
atsarginis dS.

Jei sl?gis ir specifinis t?ris turi ai?ki? ir paprast? fizin? reik?m?, tai temperat?ros s?voka yra daug sud?tingesn? ir ma?iau akivaizdi. Vis? pirma, pastebime, kad temperat?ros s?voka, grie?tai tariant, turi prasm? tik sistemos pusiausvyros b?senoms.

Termodinamin?s sistemos pusiausvyros b?sena- sistemos b?sena, kurioje visi parametrai turi tam tikras reik?mes ir kurioje sistema gali i?likti tiek, kiek norima. Temperat?ra visose pusiausvyros termodinamin?s sistemos dalyse yra vienoda.

Kei?iant ?ilum? tarp dviej? skirtingos temperat?ros k?n?, ?iluma perduodama i? auk?tesn?s temperat?ros k?no ? ?emesn?s temperat?ros k?n?. ?is procesas sustoja, kai abiej? k?n? temperat?ra susilygina.

Pusiausvyros sistemos temperat?ra yra atom?, molekuli? ir kit? sistem? sudaran?i? daleli? ?iluminio jud?jimo intensyvumo matas. Klasikin?s statistin?s fizikos d?sniais apra?ytoje daleli? sistemoje ir pusiausvyroje vidutin? daleli? ?iluminio jud?jimo kinetin? energija yra tiesiogiai proporcinga sistemos termodinaminei temperat?rai. Tod?l kartais sakoma, kad temperat?ra apib?dina k?no ?kaitimo laipsn?.

Matuojant temperat?r?, kuri? galima atlikti tik netiesiogiai, naudojama daugelio k?no fizini? savybi?, kurias galima i?matuoti tiesiogiai arba netiesiogiai, priklausomyb? nuo temperat?ros. Pavyzd?iui, kei?iantis k?no temperat?rai, kinta jo ilgis ir t?ris, tankis, tamprumo savyb?s, elektrin? var?a ir kt. Bet kurios i? ?i? savybi? pasikeitimas yra temperat?ros matavimo pagrindas. Tam b?tina, kad vienam (pasirinktam) k?nui, vadinamam termometriniu k?nu, b?t? ?inoma ?ios savyb?s funkcin? priklausomyb? nuo temperat?ros. Praktiniams temperat?ros matavimams naudojamos temperat?ros skal?s, nustatytos termometrini? k?n? pagalba. Tarptautin?je Celsijaus laipsni? skal?je temperat?ra i?rei?kiama Celsijaus laipsniais (°C) [A. Celsius (1701-1744) – ?ved? mokslininkas] ir ?ymimas t, ir daroma prielaida, kad esant normaliam 1,01325 x 10 5 Pa sl?giui, ledo lydymosi temperat?ra ir vandens virimo temperat?ra yra atitinkamai 0 ir 100 °C. Termodinamin?je temperat?ros skal?je temperat?ra i?rei?kiama kelvinais (K) [W. Thomson, Lord Kelvin (1821-1907) – angl? fizikas], ?ymimas T ir vadinama termodinamine temperat?ra. Ry?ys tarp termodinamin?s temperat?ros T ir temperat?ra Celsijaus skal?je turi form? T = t + 273,15.

Temperat?ra T= 0 K (pagal laipsni? skal? t\u003d -273,15 ° С) vadinamas absoliutus nulis temperat?ra arba nulis termodinamin?je temperat?ros skal?je.

Sistemos b?senos parametrai skirstomi ? i?orinius ir vidinius. I?oriniai parametrai sistemomis vadinami fizikiniai dyd?iai, kurie priklauso nuo k?n? pad?ties erdv?je ir ?vairi? savybi? (pavyzd?iui, elektros kr?vi?), kurios yra i?orin?s duotosios sistemos at?vilgiu. Pavyzd?iui, duj? atveju ?is parametras yra t?ris V laivas,
kurioje yra dujos, nes t?ris priklauso nuo i?orini? k?n? – indo sieneli? – vietos. Atmosferos sl?gis yra i?orinis skys?io parametras atvirame inde. Vidiniai parametrai sistemos vadinamos fizikiniais dyd?iais, kurie priklauso tiek nuo sistemos i?or?je esan?i? k?n? pad?ties, tiek nuo ?i? sistem? sudaran?i? daleli? koordina?i? ir grei?i?. Pavyzd?iui, vidiniai duj? parametrai yra j? sl?gis ir energija, kurie priklauso nuo judan?i? molekuli? koordina?i? ir grei?i? bei nuo duj? tankio.

Pagal termodinaminis procesas suprasti bet kok? nagrin?jamos termodinamin?s sistemos b?senos pokyt?, kuriam b?dingas jos termodinamini? parametr? pasikeitimas. Termodinaminis procesas vadinamas pusiausvyra, jei ?iame procese sistema praeina i?tis? be galo artim? termodinamin?s pusiausvyros b?sen? sek?. Real?s sistemos b?senos keitimo procesai visada vyksta ribotu grei?iu ir tod?l negali b?ti pusiausvyroje. Ta?iau akivaizdu, kad tikrasis sistemos b?senos keitimo procesas bus kuo ar?iau pusiausvyros, tuo jis vyks l??iau, tod?l tokie procesai vadinami. kvazistatinis.

?ie procesai gali b?ti papras?iausi? termodinamini? proces? pavyzd?iai:

a) izoterminis procesas, kurio metu sistemos temperat?ra nekinta ( T= const);

b) izochorinis procesas, vykstantis esant pastoviam sistemos t?riui ( V= const);

c) izobarinis procesas, vykstantis esant pastoviam sl?giui sistemoje ( p= const);

d) adiabatinis procesas, vykstantis be ?ilumos main? tarp sistemos ir aplinkos.