Formulat baz? t? termodinamik?s dhe fizik?s molekulare q? do t? jen? t? dobishme p?r ju. ?far? ?sht? termodinamika

?far? ?sht? termodinamika

P?rkufizimi

Termodinamika ?sht? pjesa m? e r?nd?sishme e fizik?s. Gjetjet e tij p?rdoren n? xhiro- dhe aerodinamik?, optik?, kimi fizike dhe shum? shkenca t? tjera dhe zhvillime t? aplikuara.

Termodinamika u shfaq n? fillim t? shekullit t? 19-t?. N? at? koh?, inxhinieria e ngrohjes filloi zhvillimin e saj. Baza teorike e saj u b? termodinamika. Q?llimi i tij n? at? koh? ishte t? studionte modelet q? p?rcaktojn? proceset e shnd?rrimit t? nxeht?sis? n? pun? mekanike duke p?rdorur motor?t e nxeht?sis? dhe t? k?rkonte kushte n? t? cilat efikasiteti i transformimeve t? tilla ?sht? maksimal. Bazat e termodinamik?s u hodh?n n? veprat e tij nga Saadi Carnot, nj? inxhinier dhe fizikant francez q? studioi motor?t me nxeht?si. N? at? koh?, nxeht?sia ende konsiderohej si nj? substanc? e caktuar - kalorike, e cila nuk ka mas? dhe nuk mund t? krijohet e as t? shkat?rrohet. M? pas, termodinamika shkoi p?rtej kufijve t? nj? problemi t? ngusht? teknik. P?rmbajtja kryesore e termodinamik?s moderne ?sht? studimi i ligjeve t? form?s termike t? l?vizjes s? materies dhe fenomeneve t? lidhura me to.

?far? procesesh studion termodinamika?

Termodinamika studion proceset makroskopike q? ndodhin n? trupa dhe sisteme trupash. Kjo shkenc? nuk p?rdor hipoteza dhe ide t? ve?anta p?r struktur?n e materies. Nuk b?n pyetje p?r natyr?n e nxeht?sis?. P?rfundimet e termodinamik?s bazohen n? parime (parime) t? p?rgjithshme, t? cilat p?rftohen duke p?rgjith?suar t? dh?nat empirike.

Termodinamika studion vet?m gjendjet e ekuilibrit termodinamik t? sistemeve ose proceset shum? t? ngadalta q? mund t? p?rfaq?sohen nga nj? grup ekuilibri. Kjo shkenc? studion gjithashtu ligjet e kalimit nga nj? gjendje ekuilibri n? tjetr?n.

P?rfundimet e termodinamik?s jan? shum? t? p?rgjithshme, pasi ato jan? marr? pa p?rdorur modele t? thjeshtuara. Termodinamika merr shum? ekuacione nga p?rvoja, ose teoria molekulare - kinetike. Por k?tu duhet theksuar se praktika ka treguar se aksiomat e termodinamik?s kan? kufij zbatueshm?rie. K?shtu, termodinamika klasike ?sht? e dob?t e zbatueshme n? sistemet me madh?si t? vogla, pasi nuk merr parasysh luhatjet e gjendjes, t? cilat kan? nj? r?nd?si t? madhe n? mikrobot?.

Pra, ne p?rcaktojm? iden? baz? t? termodinamik?s si m? posht?:

Ideja themelore e termodinamik?s

Sistemet makroskopike p?rb?hen nga nj? num?r i madh grimcash. Gjendjet e sistemit karakterizohen nga parametra shum? specifik?. ?do sistem i bindet ligjit t? ruajtjes s? energjis?.

N? termodinamik?, ligji i ruajtjes s? energjis? formulohet si parime t? termodinamik?s. Sjellja e makrosistemit p?rshkruhet n? baz? t? parimeve t? termodinamik?s. Jan? tre parime t? formuluara n? termodinamik?. Parimi i par? ?sht? pasoj? e ligjit t? ruajtjes s? energjis?:

Ligji i par? i termodinamik?s

\[\delta Q=dU+\delta A\ \majtas(1\djathtas),\]

ku $\delta Q$ ?sht? elementi i nxeht?sis? (ose nj? sasi pafund?sisht e vog?l) e furnizuar n? sistemin termodinamik. Studimi i l?vizjes dhe shnd?rrimeve t? k?saj forme energjie ?sht? l?nd? e termodinamik?s, $dU$ ?sht? ndryshimi i energjis? s? brendshme t? sistemit, $\delta A$ ?sht? pun? elementare. Sasit? infiniteminale sh?nohen k?tu me simbole t? ndryshme (d dhe $\delta $), kjo b?het me q?llim. P?r t? theksuar se vetit? e k?tyre sasive t? vogla jan? t? ndryshme. Ligji i par? i termodinamik?s nuk jep asnj? ide p?r drejtimin e procesit. Prandaj, nj? fillim i dyt? ?sht? i nevojsh?m. ?sht? kjo q? karakterizon drejtimin e proceseve n? termodinamik?. Ekzistojn? disa formulime t? ligjit t? dyt? t? termodinamik?s. Ato ndryshojn? n? form?, por n? kuptim jan? ekuivalente. K?tu ?sht? nj? nga formulimet e dh?na nga Thompson (Lord Kelvin):

Ligji i dyt? i termodinamik?s

“Nj? proces rrethor ?sht? i pamundur, rezultati i vet?m i t? cilit do t? ishte prodhimi i pun?s duke reduktuar energjin? e brendshme t? rezervuarit termik”.

E treta vendos kufizime n? procese. Le ta formulojm?:

Ligji i tret? i termodinamik?s

"Zeroja absolute nuk mund t? arrihet p?rmes nj? numri t? kufizuar operacionesh."

Aparati matematikor i termodinamik?s ?sht? teoria e formave diferenciale dhe ekuacioneve diferenciale t? pjesshme.

Detyr?: Nj? gaz monatomik ideal i n?nshtrohet nj? procesi ciklik (Fig. 1).

P?rcaktoni efikasitetin e ciklit n?se dihen $V_1, \ V_2, $ $p_1, \ p_2$.

Efikasiteti ($\eta $) i ciklit n? k?t? rast p?rcaktohet me leht?si si:

\[\eta =\frac(A)(Q^+)\majtas(1.1\djathtas),\]

ku A ?sht? puna e b?r? nga gazi n? nj? proces rrethor, $Q^+$ ?sht? sasia e nxeht?sis? q? i jepet gazit nga ngroh?si.

Procesi rrethor (cikli), i cili ?sht? paraqitur n? Fig. 1, p?rb?het nga kat?r procese t? nj?pasnj?shme. Le t? p?rcaktojm? se n? cilat procese furnizohet nxeht?sia. Natyrisht, k?to jan? proceset AB dhe BC.

Procesi AB ?sht? izobarik. Le t? shkruajm? ligjin e par? t? termodinamik?s dhe t? gjejm? sasin? e nxeht?sis? q? ?lirohet nga gazi n? k?t? proces.

\[\trek?nd?sh Q=\trek?nd?sh U+A\ \majtas(1.2\djathtas).\]

Puna n? nj? proces izobarik mund t? gjendet si:

Prandaj, p?r procesin AB marrim:

Ndryshimi n? energjin? e brendshme t? gazit gjat? procesit AB ka formul?n:

\[\trek?nd?shi U_(AB)=\frac(i)(2)\nu R\majtas(T_2-T_1\djathtas)\majtas(1.5\djathtas).\]

P?r t? gjetur $\left(T_2-T_1\djathtas)$, ne p?rdorim ekuacionin Mendeleev-Cliperon p?r nj? gaz ideal. Le ta shkruajm? p?r dy gjendje (pikat A dhe B):

\ \

Le t? gjejm? ndryshimin midis (1.7) dhe (1.6), marrim:

Duke z?vend?suar (1.8) n? (1.5), marrim:

\[\trek?nd?shi U_(AB)=\frac(i)(2)p_1\majtas(V_2-V_1\djathtas)\majtas(1.9\djathtas).\]

Prandaj, sasia e nxeht?sis? s? marr? nga gazi n? procesin AB ?sht? e barabart? me:

\[\trek?nd?sh Q_(AB)=p_1\majtas(V_2-V_1\djathtas)+\frac(i)(2)p_1\majtas(V_2-V_1\djathtas)\ (1.10).\]

Tani le t? shqyrtojm? procesin izokorik para Krishtit. P?r t?, sasia e nxeht?sis? s? transferuar n? gaz ?sht? e barabart? me:

\[\trek?nd?shi Q_(BC)=\trek?nd?shi U_(BC\ )\majtas(1.11\djathtas).\]

meqen?se puna n? nj? proces izokorik ?sht? zero. Le t? gjejm? ndryshimet n? energjin? e brendshme t? k?tij procesi duke p?rdorur ekuacionin e gjendjes s? nj? gazi ideal p?r pikat e diagramit B dhe C:

\ \

Zbresim (1.6) nga (1.7), marrim:

Z?vend?soni (1.14) n? (1.11) dhe gjeni $\trek?nd?sh Q_(BC)$:

\[\trek?nd?shi Q_(BC)=\frac(i)(2)((p)_2-\ p_1)V_2(1.15).\]

Ne marrim nj? shprehje p?r $Q^+:$

Le t? gjejm? pun?n e b?r? nga gazi n? nj? proces rrethor. ?sht? e barabart? nga kuptimi gjeometrik i integraleve t? sip?rfaqes s? drejtk?nd?shit ABCD, n? p?rputhje me rrethanat shkruajm?:

\[\eta =\frac(((p)_2-\ p_1)\majtas(V_2-V_1\djathtas))((\frac(i)(2)(p)_2V_2-p_1V_1)+p_1((V) _2-V_1))\ \majtas(1.18\djathtas).\]

P?rgjigje: Efikasiteti i ciklit t? nj? procesi t? caktuar shprehet me formul?n: $\eta =\frac(((p)_2-\ p_1)\left(V_2-V_1\right))((\frac(i)(2 )(p)_2V_2- p_1V_1)+p_1((V)_2-V_1))$.

Detyr?: N? Fig. Figura 2 tregon izotermat AB dhe CD. Krahasoni sasin? e nxeht?sis? s? marr? nga gazi n? proceset I dhe II.

N?se AB dhe CB jan? izoterm?, ndryshimet n? energjin? e brendshme t? gazit n? proceset I dhe II jan? t? nj?jta: \[\trek?nd?shi U_I=\trek?nd?shi U_(II)\left(2.1\djathtas).\]

Puna n? procesin I ?sht? zero, pasi procesi ?sht? izokorik, prandaj sasia e nxeht?sis? s? marr? nga gazi n? procesin I:

\[\trek?nd?sh Q_I=\trek?nd?sh U_I\ \majtas(2.2\djathtas).\]

N? procesin II, puna kryhet nga gazi dhe ?sht? m? i madh se 0 ($A_I>0).\ $

\[\trek?nd?shi Q_(II)=\trek?nd?shi U_(II)+A=\trek?nd?shi U_I+A\ \te \trek?nd?shi Q_(II)>\trek?nd?shi Q_I\majtas(2.3\djathtas).\]

P?rgjigje: Sasia e nxeht?sis? s? marr? nga gazi n? procesin II ?sht? m? e madhe se sasia e nxeht?sis? s? marr? nga gazi n? procesin I.

Termodinamika ?sht? nj? shkenc? q? studion fenomenet termike q? ndodhin n? trupa pa i lidhur ato me struktur?n molekulare t? substanc?s.

N? termodinamik? besohet se t? gjitha proceset termike n? trupa karakterizohen vet?m nga parametra makroskopik?- presioni, v?llimi dhe temperatura. Dhe meqen?se ato nuk mund t? aplikohen n? molekula ose atome individuale, at?her?, ndryshe nga teoria molekulare-kinetike, n? termodinamik? struktura molekulare e materies n? proceset termike nuk merret parasysh.

T? gjitha konceptet e termodinamik?s jan? formuluar si nj? p?rgjith?sim i fakteve t? v?zhguara gjat? eksperimenteve. P?r shkak t? k?saj, ajo quhet teoria fenomenologjike (p?rshkruese) e nxeht?sis?.

Sistemet termodinamike

Termodinamika p?rshkruan proceset termike q? ndodhin n? sistemet makroskopike. Sisteme t? tilla p?rb?hen nga nj? num?r i madh grimcash - molekula dhe atome, dhe quhen termodinamik?.

Sistemi termodinamik mund t? konsiderohet ?do objekt q? mund t? shihet me sy t? lir? ose me ndihm?n e mikroskop?ve, teleskop?ve dhe instrumenteve t? tjera optike. Gj?ja kryesore ?sht? q? dimensionet e sistemit n? hap?sir? dhe koha e ekzistenc?s s? tij b?jn? t? mundur matjen e parametrave t? tij - temperatur?n, presionin, mas?n, p?rb?rjen kimike t? elementeve, etj., duke p?rdorur instrumente q? nuk i p?rgjigjen ndikimit t? molekula individuale (mat?s presioni, termometra etj.).

P?r kimist?t, nj? sistem termodinamik ?sht? nj? p?rzierje e substancave kimike q? nd?rveprojn? me nj?ra-tjetr?n gjat? nj? reaksioni kimik. Astrofizikan?t do ta quajn? nj? sistem t? till? nj? trup qiellor. P?rzierja e karburantit dhe ajrit n? nj? motor makine, globi, trupi yn?, nj? stilolaps shkrimi, nj? fletore, nj? makin? etj. jan? gjithashtu sisteme termodinamike.

?do sistem termodinamik ?sht? i ndar? nga mjedisi i tij me kufij. Ato mund t? jen? reale - muret e qelqit t? nj? prov?z me nj? substanc? kimike, nj? trup cilindri n? nj? motor, etj. Ose ato mund t? jen? t? kusht?zuara, kur, p?r shembull, ata studiojn? formimin e nj? reje n? atmosfer?.

N?se nj? sistem i till? nuk shk?mben as energji dhe as materie me mjedisin e jasht?m, at?her? quhet i izoluar ose mbyllur .

N?se nj? sistem shk?mben energji me mjedisin e jasht?m, por nuk shk?mben materie, at?her? quhet mbyllur .

Sistemi i hapur shk?mben energji dhe l?nd? me mjedisin e jasht?m.

Ekuilibri termodinamik

Ky koncept u fut edhe n? termodinamik? si nj? p?rgjith?sim i rezultateve eksperimentale.

Ekuilibri termodinamik ata e quajn? gjendjen e nj? sistemi n? t? cilin t? gjitha sasit? e tij makroskopike - temperatura, presioni, v?llimi dhe entropia - nuk ndryshojn? me kalimin e koh?s n?se sistemi ?sht? i izoluar. ?do sistem i mbyllur termodinamik mund t? shkoj? spontanisht n? nj? gjendje t? till? n?se t? gjith? parametrat e jasht?m mbeten konstante.

Shembulli m? i thjesht? i nj? sistemi n? nj? gjendje ekuilibri termodinamik ?sht? nj? termos me ?aj t? nxeht?. Temperatura n? t? ?sht? e nj?jt? n? ?do pik? t? l?ngut. Edhe pse nj? termos mund t? quhet nj? sistem i izoluar vet?m p?raf?rsisht.

?do sistem termodinamik i mbyllur spontanisht tenton t? shkoj? n? ekuilib?r termodinamik n?se parametrat e jasht?m nuk ndryshojn?.

Procesi termodinamik

N?se t? pakt?n nj? nga parametrat makroskopik? ndryshon, at?her? ata thon? se sistemi po p?rjeton procesi termodinamik . Nj? proces i till? mund t? ndodh? n?se parametrat e jasht?m ndryshojn? ose sistemi fillon t? marr? ose transmetoj? energji. Si rezultat, ajo kalon n? nj? gjendje tjet?r.

Le t? kujtojm? shembullin e ?ajit n? nj? termos. N?se vendosim nj? cop? akulli n? ?aj dhe mbyllim termosin, menj?her? do t? shfaqet nj? ndryshim n? temperatur? n? pjes? t? ndryshme t? l?ngut. L?ngu n? termos do t? tentoj? t? barazoj? temperaturat. Nga zonat me temperatura m? t? larta, nxeht?sia do t? kaloj? n? zonat ku temperatura ?sht? m? e ul?t. Kjo do t? thot?, do t? ndodh? nj? proces termodinamik. P?rfundimisht, temperatura e ?ajit n? termos do t? jet? p?rs?ri e nj?jt?. Por tashm? do t? ndryshoj? nga temperatura fillestare. Gjendja e sistemit ka ndryshuar sepse temperatura e tij ka ndryshuar.

Procesi termodinamik ndodh kur r?ra q? ?sht? ngrohur n? nj? plazh n? nj? dit? t? nxeht? ftohet gjat? nat?s. N? m?ngjes temperatura e tij bie. Por sapo t? lind? dielli do t? filloj? s?rish procesi i ngrohjes.

Energjia e brendshme

Nj? nga konceptet kryesore t? termodinamik?s ?sht? energjia e brendshme .

T? gjith? trupat makroskopik? kan? energji t? brendshme, e cila ?sht? shuma e energjive kinetike dhe potenciale t? t? gjitha grimcave (atomeve dhe molekulave) q? p?rb?jn? trupin. K?to grimca nd?rveprojn? vet?m me nj?ra-tjetr?n dhe nuk nd?rveprojn? me grimcat mjedisore. Energjia e brendshme varet nga energjia kinetike dhe potenciale e grimcave dhe nuk varet nga pozicioni i vet? trupit.

U = Ek +Ep

Energjia e brendshme ndryshon me temperatur?n. Teoria kinetike molekulare e shpjegon k?t? duke ndryshuar shpejt?sin? e l?vizjes s? grimcave t? materies. N?se temperatura e trupit rritet, at?her? rritet edhe shpejt?sia e l?vizjes s? grimcave, distanca midis tyre b?het m? e madhe. Rrjedhimisht, energjia e tyre kinetike dhe potenciale rritet. Kur temperatura ulet, ndodh procesi i kund?rt.

P?r termodinamik?n, ajo q? ?sht? m? e r?nd?sishme nuk ?sht? sasia e energjis? s? brendshme, por ndryshimi i saj. Dhe ju mund t? ndryshoni energjin? e brendshme p?rmes procesit t? transferimit t? nxeht?sis? ose duke kryer pun? mekanike.

Ndryshimi i energjis? s? brendshme nga puna mekanike

Benjamin Rumfoord

Energjia e brendshme e nj? trupi mund t? ndryshohet duke kryer pun? mekanike mbi t?. N?se punohet n? nj? trup, at?her? energjia mekanike shnd?rrohet n? energji t? brendshme. Dhe n?se puna kryhet nga nj? trup, at?her? energjia e brendshme e tij shnd?rrohet n? energji mekanike.

Pothuajse deri n? fund t? shekullit t? 19-t?, besohej se ekzistonte nj? substanc? pa pesh? - kalori, e cila transferon nxeht?sin? nga trupi n? trup. Sa m? shum? kalori t? rrjedh? n? trup, aq m? i ngroht? do t? jet? dhe anasjelltas.

Sidoqoft?, n? 1798, shkenc?tari anglo-amerikan Konti Benjamin Rumford filloi t? dyshonte n? teorin? e kalorive. Shkak p?r k?t? ishte ngrohja e tyt?s s? arm?s gjat? shpimit. Ai sugjeroi se shkaku i ngrohjes ?sht? puna mekanike q? kryhet gjat? f?rkimit t? shpimit me tyt?n.

Dhe Rumfoord kreu nj? eksperiment. P?r t? rritur forc?n e f?rkimit, ata mor?n nj? st?rvitje t? shurdh?r dhe e vendos?n vet? fu?in? n? nj? fu?i me uj?. Nga fundi i or?s s? tret? t? shpimit, uji n? fu?i filloi t? vlonte. Kjo do t? thoshte se fu?i merrte nxeht?si kur kryhej pun? mekanike n? t?.

Transferim i nxeht?sis?

Transferim i nxeht?sis? ?sht? procesi fizik i transferimit t? energjis? termike (ngrohjes) nga nj? trup n? tjetrin, qoft? p?rmes kontaktit t? drejtp?rdrejt? ose p?rmes nj? ndarjeje ndar?se. Si rregull, nxeht?sia transferohet nga nj? trup m? i ngroht? n? nj? m? t? ftoht?. Ky proces p?rfundon kur sistemi arrin nj? gjendje t? ekuilibrit termodinamik.

Energjia q? nj? trup merr ose heq dor? gjat? transferimit t? nxeht?sis? quhet sasia e nxeht?sis? .

Sipas metod?s s? transferimit t? nxeht?sis?, shk?mbimi i nxeht?sis? mund t? ndahet n? 3 lloje: p?r?ueshm?ri termike, konvent?, rrezatim termik.

P?r?ueshm?ri termike

N?se ka nj? ndryshim t? temperatur?s midis trupave ose pjes?ve t? trupave, at?her? procesi i transferimit t? nxeht?sis? do t? ndodh? nd?rmjet tyre. P?r?ueshm?ri termike ?sht? procesi i transferimit t? energjis? s? brendshme nga nj? trup m? i nxeht? (ose nj? pjes? e tij) n? nj? trup (ose pjes? t? tij) m? pak t? nxeht?.

P?r shembull, duke ngrohur nj?r?n skaj t? nj? shufre ?eliku mbi nj? zjarr, pas nj? kohe do t? ndjejm? se edhe skaji tjet?r i saj po ngrohet.

Mund t? mbajm? leht?sisht nj? shuf?r qelqi, nj? skaj i s? cil?s ?sht? i nxeht?, n? skajin tjet?r pa u djegur. Por n?se p?rpiqemi t? b?jm? t? nj?jtin eksperiment me nj? shuf?r hekuri, nuk do t? kemi sukses.

Substanca t? ndryshme e p?rcjellin nxeht?sin? ndryshe. Secili prej tyre ka t? vetin koeficienti i p?r?ueshm?ris? termike, ose p?r?ueshm?ri, numerikisht e barabart? me sasin? e nxeht?sis? q? kalon p?rmes nj? kampioni 1 m t? trash?, me sip?rfaqe 1 m 2 n? 1 sekond?. Nj?sia e temperatur?s ?sht? 1 K.

Metalet e p?rcjellin m? s? miri nxeht?sin?. Ne e p?rdorim k?t? veti t? tyre n? jet?n e p?rditshme, duke gatuar ushqim n? tenxhere metalike apo tigan. Por duart e tyre nuk duhet t? nxehen. Prandaj, ato jan? b?r? nga materiale me p?r?ueshm?ri t? dob?t termike.

P?r?ueshm?ria termike e l?ngjeve ?sht? m? e vog?l. Dhe gazrat kan? p?r?ueshm?ri t? dob?t termike.

Leshi i kafsh?ve ?sht? gjithashtu nj? p?rcjell?s i dob?t i nxeht?sis?. Fal? k?saj, ata nuk nxehen n? mot t? nxeht? dhe nuk ngrijn? n? mot t? ftoht?.

Konventa

Sipas konvencionit, nxeht?sia transferohet nga avion?t dhe rrjedhat e gazit ose l?ngut. Nuk ka konvent? n? trupat e ngurt?.

Si ndodh konvencioni n? nj? l?ng? Kur vendosim nj? kazan me uj? n? zjarr, shtresa e poshtme e l?ngut nxehet, densiteti i saj ulet dhe l?viz lart. Nj? shtres? m? e ftoht? uji z? vendin e saj. Pas ca koh?sh, ai gjithashtu do t? nxehet dhe gjithashtu do t? ndryshoj? vendet me shtres?n m? t? ftoht?. etj.

Nj? proces i ngjash?m ndodh n? gazrat. Nuk ?sht? rast?si q? radiator?t e ngrohjes vendosen n? pjes?n e poshtme t? dhom?s. N? fund t? fundit, ajri i nxeht? gjithmon? ngrihet n? krye t? dhom?s. Dhe m? i ul?ti, i ftoht?, p?rkundrazi, bie. Pastaj gjithashtu nxehet dhe ngrihet p?rs?ri, dhe gjat? k?saj kohe shtresa e sip?rme ftohet dhe bie.

Konventa mund t? jet? e natyrshme ose e detyruar.

Konvencioni natyror po ndodh vazhdimisht n? atmosfer?. Si rezultat i k?saj, ka nj? l?vizje t? vazhdueshme t? masave t? ajrit t? ngroht? lart, dhe t? ftohtit - posht?. Si rezultat, lindin era, ret? dhe fenomene t? tjera natyrore.

Kur konvencioni natyror nuk mjafton, un? p?rdor konvent?n e detyruar. P?r shembull, flukset e ajrit t? ngroht? l?vizen n? nj? dhom? duke p?rdorur tehet e ventilatorit.

Rrezatimi termik

Dielli ngroh Tok?n. N? k?t? rast, nuk ndodh as transferimi i nxeht?sis? dhe as konvencioni. Pra, pse trupat marrin nxeht?si?

Fakti ?sht? se Dielli ?sht? nj? burim i rrezatimit termik.

Rrezatimi termik - Ky ?sht? rrezatim elektromagnetik q? rrjedh nga energjia e brendshme e trupit. T? gjith? trupat rreth nesh l?shojn? energji termike. Kjo mund t? jet? drit? e dukshme nga nj? llamb? tavoline, ose burime t? padukshme t? rrezeve ultravjollc?, infra t? kuqe ose gama.

Por trupat b?jn? m? shum? sesa thjesht l?shojn? nxeht?si. Ata gjithashtu e thithin at?. Disa n? nj? mas? m? t? madhe, t? tjer?t n? nj? mas? m? t? vog?l. P?r m? tep?r, trupat e err?t nxehen dhe ftohen m? shpejt se ato t? lehta. N? mot t? nxeht?, ne p?rpiqemi t? veshim rroba me ngjyr? t? ?elur, sepse ato thithin m? pak nxeht?si sesa rrobat me ngjyr? t? err?t. Nj? makin? me ngjyr? t? err?t nxehet n? diell shum? m? shpejt se nj? makin? me ngjyr? t? hapur q? q?ndron pran? saj.

Kjo veti e substancave p?r t? thithur dhe l?shuar nxeht?si n? m?nyra t? ndryshme p?rdoret n? krijimin e sistemeve t? shikimit t? nat?s, sistemeve t? kthimit t? raketave, etj.

Termodinamika (greqisht thermi - "nxeht?si", dynamis - "forc?") ?sht? nj? deg? e fizik?s q? studion vetit? m? t? p?rgjithshme t? sistemeve makroskopike dhe metodat e transferimit dhe transformimit t? energjis? n? sisteme t? tilla.

N? termodinamik? studiohen gjendjet dhe proceset, p?r t? p?rshkruar t? cilat mund t? prezantohet koncepti i temperatur?s. Termodinamika (T.) ?sht? nj? shkenc? fenomenologjike e bazuar n? p?rgjith?sime t? fakteve eksperimentale. Proceset q? ndodhin n? sistemet termodinamike p?rshkruhen nga sasit? makroskopike (temperatura, presioni, p?rqendrimet e p?rb?r?sve), t? cilat futen p?r t? p?rshkruar sistemet q? p?rb?hen nga nj? num?r i madh grimcash dhe nuk jan? t? zbatueshme p?r molekula dhe atome individuale, ndryshe nga, p?r shembull, sasit? e futura n? mekanik? ose elektrodinamik?.

Termodinamika moderne fenomenologjike ?sht? nj? teori rigoroze e zhvilluar n? baz? t? disa postulateve. Megjithat?, lidhja e k?tyre postulateve me vetit? dhe ligjet e bashk?veprimit t? grimcave nga t? cilat jan? nd?rtuar sistemet termodinamike ?sht? dh?n? nga fizika statistikore. Fizika statistikore gjithashtu b?n t? mundur sqarimin e kufijve t? zbatueshm?ris? s? termodinamik?s.

Ligjet e termodinamik?s jan? t? natyr?s s? p?rgjithshme dhe nuk varen nga detaje specifike t? struktur?s s? materies n? nivelin atomik. Prandaj, termodinamika zbatohet me sukses n? nj? gam? t? gjer? ??shtjesh shkencore dhe teknologjike, t? tilla si energjia, inxhinieria e nxeht?sis?, tranzicionet fazore, reaksionet kimike, fenomenet e transportit dhe madje edhe vrimat e zeza. Termodinamika ?sht? e r?nd?sishme p?r nj? gam? t? gjer? fushash t? fizik?s dhe kimis?, teknologjis? kimike, inxhinieris? s? hap?sir?s ajrore, inxhinieris? mekanike, biologjis? qelizore, inxhinieris? biomjek?sore, shkenc?s s? materialeve dhe madje gjen aplikimin e saj n? fusha t? tilla si ekonomia.

Vite t? r?nd?sishme n? historin? e termodinamik?s

Origjina e termodinamik?s si shkenc? lidhet me emrin e G. Galilei, i cili prezantoi konceptin e temperatur?s dhe projektoi pajisjen e par? q? iu p?rgjigj ndryshimeve t? temperatur?s s? ambientit (1597).
S? shpejti G. D. Fahrenheit (1714), R. Reaumur (1730) dhe A. Celsius (1742) krijuan shkall?t e temperatur?s n? p?rputhje me k?t? parim.
J. Black n? 1757 prezantoi tashm? konceptet e nxeht?sis? latente t? shkrirjes dhe kapacitetit t? nxeht?sis? (1770). Dhe Wilcke (J. Wilcke, 1772) prezantoi p?rkufizimin e kalorive si sasia e nxeht?sis? q? k?rkohet p?r t? ngrohur 1 g uj? me 1 °C.
Lavoisier (A. Lavoisier) dhe Laplace (P. Laplace) projektuan nj? kalorimet?r n? 1780 (shih Kalorimetria) dhe p?r her? t? par? p?rcaktuan eksperimentalisht ritmin. kapaciteti termik i nj? numri substancash.
N? 1824, S. Carnot (N. L, S. Carnot) botoi nj? vep?r kushtuar studimit t? parimeve t? funksionimit t? motor?ve t? nxeht?sis?.
B. Clapeyron prezantoi nj? paraqitje grafike t? proceseve termodinamike dhe zhvilloi metod?n e cikleve infinitimale (1834).
G. Helmholtz vuri n? dukje natyr?n universale t? ligjit t? ruajtjes s? energjis? (1847). M? pas, R. Clausius dhe W. Tomson (Kelvin; W. Thomson) zhvilluan sistematikisht aparatin teorik t? termodinamik?s, i cili bazohet n? ligjin e par? t? termodinamik?s dhe ligjin e dyt? t? termodinamik?s.
Zhvillimi i parimit t? 2-t? e ?oi Clausius-in n? p?rkufizimin e entropis? (1854) dhe formulimin e ligjit t? entropis? n? rritje (1865).
Duke filluar me pun?n e J. W. Gibbs (1873), i cili propozoi metod?n e potencialeve termodinamike, ?sht? zhvilluar teoria e ekuilibrit termodinamik.
N? pjes?n e dyt?. Shekulli i 19 u kryen studime t? gazeve reale. Nj? rol t? ve?ant? luajt?n eksperimentet e T. Andrews, i cili s? pari zbuloi pik?n kritike t? sistemit t? avullit t? l?ngsh?m (1861), ekzistenca e tij u parashikua nga D. I. Mendeleev (1860).
Nga fundi i shekullit t? 19-t?. u b?n? hapa t? m?dhenj n? marrjen e temperaturave t? ul?ta, si rezultat i t? cilave O2, N2 dhe H2 u l?ng?zuan.
N? vitin 1902, Gibbs botoi nj? vep?r n? t? cil?n t? gjitha marr?dh?niet themelore termodinamike u mor?n brenda korniz?s s? fizik?s statistikore.
Lidhja midis kinetike vetit? e trupit dhe termodinamika e tij. karakteristikat u vendos?n nga L. Onsager (L. Onsager, 1931).
N? shekullin e 20-t? studioi intensivisht termodinamik?n e trupave t? ngurt?, si dhe l?ngjet kuantike dhe kristalet e l?ng?ta, n? t? cilat ndodhin kalime t? ndryshme fazore.
L. D. Landau (1935-37) zhvilloi nj? teori t? p?rgjithshme t? tranzicionit fazor bazuar n? konceptin e thyerjes spontane t? simetris?.

Seksionet e termodinamik?s

Termodinamika moderne fenomenologjike zakonisht ndahet n? termodinamik? ekuilib?r (ose klasike), e cila studion sistemet dhe proceset termodinamike t? ekuilibrit n? sisteme t? tilla, dhe termodinamik? jo ekuilib?r, e cila studion proceset jo ekuilib?r n? sistemet n? t? cilat devijimi nga ekuilibri termodinamik ?sht? relativisht i vog?l dhe ende. p?rshkrim.

Termodinamika e ekuilibrit (ose klasike).

N? termodinamik?n e ekuilibrit, futen ndryshore t? tilla si energjia e brendshme, temperatura, entropia dhe potenciali kimik. T? gjith? quhen parametra termodinamik? (sasi). Termodinamika klasike studion marr?dh?niet e parametrave termodinamik? me nj?ri-tjetrin dhe me sasit? fizike t? marra n? konsiderat? n? deg? t? tjera t? fizik?s, p?r shembull, me fush?n gravitacionale ose elektromagnetike q? vepron n? sistem. N? studimin e termodinamik?s klasike p?rfshihen edhe reaksionet kimike dhe kalimet fazore. Megjithat?, studimi i sistemeve termodinamike n? t? cilat transformimet kimike luajn? nj? rol t? r?nd?sish?m ?sht? subjekt i termodinamik?s kimike, dhe inxhinieria termike merret me aplikime teknike.

Termodinamika klasike p?rfshin seksionet e m?poshtme:

parimet e termodinamik?s (nganj?her? t? quajtura edhe ligje ose aksioma)
ekuacionet e gjendjes dhe vetive t? sistemeve t? thjeshta termodinamike (gaz ideal, gaz real, dielektrik? dhe magnet, etj.)
procese ekuilibri me sisteme t? thjeshta, cikle termodinamike
proceset jo ekuilib?r dhe ligji i entropis? jozvog?luese
fazat termodinamike dhe kalimet fazore

P?rve? k?saj, termodinamika moderne p?rfshin gjithashtu fushat e m?poshtme:

nj? formulim rigoroz matematikor i termodinamik?s bazuar n? analiz?n konvekse
termodinamika jo ekstensive

N? sistemet q? nuk jan? n? gjendje ekuilibri termodinamik, p?r shembull, n? nj? gaz n? l?vizje, mund t? p?rdoret p?rafrimi i ekuilibrit lokal, n? t? cilin supozohet se marr?dh?niet termodinamike t? ekuilibrit plot?sohen lokalisht n? ?do pik? t? sistemit.

Termodinamika joekuilibri

N? termodinamik?n jo ekuilib?r, variablat konsiderohen si lokale jo vet?m n? hap?sir?, por edhe n? koh?, dometh?n? koha mund t? hyj? n? formulat e saj n? m?nyr? eksplicite. Le t? theksojm? se vepra klasike e Fourierit "Teoria analitike e nxeht?sis?" (1822), kushtuar ??shtjeve t? p?r?ueshm?ris? termike, ishte p?rpara jo vet?m shfaqjes s? termodinamik?s jo ekuilib?r, por edhe vepr?s s? Carnot "Reflektime mbi forc?n l?viz?se t? zjarrit dhe mbi makina t? afta p?r t? zhvilluar k?t? forc?” (1824), e cila p?rgjith?sisht konsiderohet nj? pik?nisje n? historin? e termodinamik?s klasike.

Konceptet themelore t? termodinamik?s

Sistemi termodinamik- nj? trup ose grup trupash q? nd?rveprojn?, mend?risht ose n? fakt t? izoluar nga mjedisi.

Sistemi homogjen– nj? sistem brenda t? cilit nuk ka sip?rfaqe q? ndajn? pjes? t? sistemit (faza) q? ndryshojn? n? veti.

Sistemi heterogjen- nj? sistem brenda t? cilit ka sip?rfaqe q? ndajn? pjes? t? sistemit q? ndryshojn? n? veti.

Faza– nj? grup pjes?sh homogjene t? nj? sistemi heterogjen, identike n? vetit? fizike dhe kimike, t? ndara nga pjes?t e tjera t? sistemit me nd?rfaqe t? dukshme.

I izoluar sistemi- nj? sistem q? nuk shk?mben as materie as energji me mjedisin.

Mbyllur sistemi- nj? sistem q? shk?mben energji me mjedisin, por nuk shk?mben materie.

Hapur sistemi- nj? sistem q? shk?mben si l?nd?n ashtu edhe energjin? me mjedisin.

T?r?sia e t? gjitha vetive fizike dhe kimike t? nj? sistemi e karakterizon at? gjendje termodinamike. T? gjitha sasit? q? karakterizojn? ?do veti makroskopike t? sistemit n? shqyrtim jan? parametrat e statusit. ?sht? v?rtetuar eksperimentalisht se p?r t? karakterizuar n? m?nyr? t? qart? nj? sistem t? caktuar ?sht? e nevojshme t? p?rdoret nj? num?r i caktuar parametrash t? quajtur t? pavarur; t? gjith? parametrat e tjer? konsiderohen si funksione t? parametrave t? pavarur. Parametrat q? mund t? maten drejtp?rdrejt, si temperatura, presioni, p?rqendrimi, etj., zakonisht zgjidhen si parametra t? gjendjes s? pavarur. ?do ndryshim n? gjendjen termodinamike t? nj? sistemi (ndryshim n? t? pakt?n nj? paramet?r t? gjendjes) ?sht? procesi termodinamik.

Procesi i kthyesh?m- nj? proces q? lejon sistemin t? kthehet n? gjendjen e tij origjinale pa mbetur asnj? ndryshim n? mjedis.

Procesi i ekuilibrit– nj? proces n? t? cilin nj? sistem kalon n?p?r nj? seri t? vazhdueshme gjendjesh ekuilibri.

Energjis?– nj? mas? e aft?sis? s? sistemit p?r t? kryer pun?; nj? mas? e p?rgjithshme cil?sore e l?vizjes dhe nd?rveprimit t? materies. Energjia ?sht? nj? veti integrale e materies. B?het dallimi midis energjis? potenciale, e shkaktuar nga pozicioni i nj? trupi n? nj? fush? t? forcave t? caktuara, dhe energjis? kinetike, e shkaktuar nga nj? ndryshim n? pozicionin e trupit n? hap?sir?.

Energjia e brendshme e sistemit– shuma e energjis? kinetike dhe potenciale t? t? gjitha grimcave q? p?rb?jn? sistemin. Ju gjithashtu mund t? p?rcaktoni energjin? e brendshme t? nj? sistemi si energjin? totale t? tij minus energjin? kinetike dhe potenciale t? sistemit n? t?r?si.

Format e tranzicionit t? energjis?

Format e transferimit t? energjis? nga nj? sistem n? tjetrin mund t? ndahen n? dy grupe.

Grupi i par? p?rfshin vet?m nj? form? t? kalimit t? l?vizjes p?rmes p?rplasjeve kaotike t? molekulave t? dy trupave kontaktues, d.m.th. nga p?rcjellja termike (dhe n? t? nj?jt?n koh? nga rrezatimi). Masa e l?vizjes s? transmetuar n? k?t? m?nyr? ?sht? nxeht?sia. Nxeht?sia ?sht? nj? form? e transferimit t? energjis? p?rmes l?vizjes s? ?rregullt t? molekulave.
Grupi i dyt? p?rfshin forma t? ndryshme t? tranzicionit t? l?vizjes, tipari i p?rbashk?t i t? cilave ?sht? l?vizja e masave q? mbulojn? nj? num?r shum? t? madh molekulash (d.m.th., masa makroskopike) n?n ndikimin e ?do force. K?to jan? ngritja e trupave n? nj? fush? gravitacionale, kalimi i nj? sasie t? caktuar t? energjis? elektrike nga nj? potencial elektrostatik m? i lart? n? nj? m? t? vog?l, zgjerimi i nj? gazi n?n presion, etj. Masa e p?rgjithshme e l?vizjes q? transmetohet me metoda t? tilla ?sht? puna. - nj? form? e transferimit t? energjis? p?rmes l?vizjes s? urdh?ruar t? grimcave.

Nxeht?sia dhe puna karakterizojn? n? m?nyr? cil?sore dhe sasiore dy forma t? ndryshme t? transferimit t? l?vizjes nga nj? pjes? e caktuar e bot?s materiale n? tjetr?n. Nxeht?sia dhe puna nuk mund t? p?rmbahen n? trup. Nxeht?sia dhe puna lindin vet?m kur ndodh nj? proces dhe karakterizojn? vet?m procesin. N? kushte statike, nxeht?sia dhe puna nuk ekzistojn?. Dallimi midis nxeht?sis? dhe pun?s, i pranuar nga termodinamika si pozicioni fillestar, dhe kund?rshtimi i nxeht?sis? ndaj pun?s ka kuptim vet?m p?r trupat q? p?rb?hen nga shum? molekula, sepse p?r nj? molekul? ose p?r nj? koleksion me pak molekula, konceptet e nxeht?sis? dhe pun?s humbasin kuptimin e tyre. Prandaj, termodinamika konsideron vet?m trupat q? p?rb?hen nga nj? num?r i madh molekulash, d.m.th. t? ashtuquajturat sisteme makroskopike.

Tre parime t? termodinamik?s

Parimet e termodinamik?s jan? nj? grup postulatesh q? q?ndrojn? n? themel t? termodinamik?s. K?to dispozita u krijuan si rezultat i k?rkimit shkencor dhe u v?rtetuan eksperimentalisht. Ato pranohen si postulate n? m?nyr? q? termodinamika t? mund t? nd?rtohet n? m?nyr? aksiomatike.

Nevoja p?r parimet e termodinamik?s ?sht? p?r faktin se termodinamika p?rshkruan parametrat makroskopik? t? sistemeve pa supozime specifike n? lidhje me struktur?n e tyre mikroskopike. Fizika statistikore merret me ??shtje t? struktur?s s? brendshme.

Parimet e termodinamik?s jan? t? pavarura, dometh?n? asnj?ri prej tyre nuk mund t? rrjedh? nga parimet e tjera. Analog?t e tre ligjeve t? Njutonit n? mekanik? jan? tre parimet n? termodinamik?, t? cilat lidhin konceptet e "nxeht?sis?" dhe "pun?s":

Ligji zero i termodinamik?s flet p?r ekuilibrin termodinamik.
Ligji i par? i termodinamik?s ka t? b?j? me ruajtjen e energjis?.
Ligji i dyt? i termodinamik?s ka t? b?j? me rrjedhat e nxeht?sis?.
Ligji i tret? i termodinamik?s ka t? b?j? me paarritshm?rin? e zeros absolute.

Ligji i p?rgjithsh?m (zero) i termodinamik?s

Ligji i p?rgjithsh?m (zero) i termodinamik?s thot? se dy trupa jan? n? nj? gjendje ekuilibri termik n?se mund t? transferojn? nxeht?si tek nj?ri-tjetri, por kjo nuk ndodh.

Nuk ?sht? e v?shtir? t? merret me mend se dy trupa nuk transferojn? nxeht?si tek nj?ri-tjetri n?se temperaturat e tyre jan? t? barabarta. P?r shembull, n?se matni temperatur?n e trupit t? njeriut duke p?rdorur nj? termomet?r (n? fund t? matjes, temperatura e personit dhe temperatura e termometrit do t? jen? t? barabarta), dhe m? pas, duke p?rdorur t? nj?jtin termomet?r, matni temperatur?n e ujit n? banj?, dhe rezulton se t? dyja temperaturat p?rkojn? (ka ekuilib?r termik midis personit dhe termometrit dhe nj? termomet?r me uj?), mund t? themi se nj? person ?sht? n? ekuilib?r termik me ujin n? banj?.

Nga sa m? sip?r, mund t? formulojm? ligjin zero t? termodinamik?s si m? posht?: dy trupa q? jan? n? ekuilib?r termik me nj? t? tret? jan? gjithashtu n? ekuilib?r termik me nj?ri-tjetrin.

Nga pik?pamja fizike, ligji zero i termodinamik?s vendos pik?n e referenc?s, pasi nuk ka rrjedhje nxeht?sie midis dy trupave q? kan? t? nj?jt?n temperatur?. Me fjal? t? tjera, mund t? themi se temperatura nuk ?sht? gj? tjet?r ve?se nj? tregues i ekuilibrit termik.

Ligji i par? i termodinamik?s

Ligji i par? i termodinamik?s ?sht? ligji i ruajtjes s? energjis? termike, i cili thot? se energjia nuk zhduket pa l?n? gjurm?.

Sistemi mund t? thith? ose l?shoj? energji termike Q, nd?rsa sistemi kryen pun? W n? trupat p?rreth (ose trupat p?rreth kryejn? pun? n? sistem), dhe energjia e brendshme e sistemit, e cila kishte vler?n fillestare Unit, do t? jet? e barabart? me Uend:

Uend-Ustart = DU = Q-W

Energjia termike, puna dhe energjia e brendshme p?rcaktojn? energjin? totale t? sistemit, e cila ?sht? nj? vler? konstante. N?se nj? sasi e caktuar e energjis? termike Q transferohet n? (hequr) nga sistemi, n? munges? t? pun?s, sasia e energjis? s? brendshme t? sistemit U do t? rritet (zvog?lohet) me Q.

Ligji i dyt? i termodinamik?s

Ligji i dyt? i termodinamik?s thot? se energjia termike mund t? l?viz? vet?m n? nj? drejtim - nga nj? trup me temperatur? m? t? lart? n? nj? trup me temperatur? m? t? ul?t, por jo anasjelltas.

Ligji i tret? i termodinamik?s

Ligji i tret? i termodinamik?s thot? se ?do proces q? p?rb?het nga nj? num?r i kufizuar fazash nuk do ta lejoj? at? t? arrij? temperatur?n e zeros absolute (edhe pse mund t? afrohet ndjesh?m).

Prezantimi

Disiplinat e termodinamik?s teknike dhe teoria e transferimit t? nxeht?sis? dhe mas?s formojn? baz?n teorike p?r zot?rimin e disiplinave t? ciklit special n? fushat e "Inxhinieris? Energjetike" dhe "Inxhinieris? s? Energjis? Termike".

Pjesa e par? shqyrton konceptet baz? t? termodinamik?s, zbatimin e ligjit t? par? t? termodinamik?s n? sisteme termodinamike t? mbyllura, t? hapura dhe sisteme me mas? t? ndryshueshme. Jan? studiuar gjendjet e ekuilibrit dhe proceset kuazi-ekuilib?r n? sistemet makroskopike. V?mendje e konsiderueshme i kushtohet ligjit t? dyt? t? termodinamik?s dhe zbatimit t? tij n? procese t? pakthyeshme, zbulohen shkaqet e pakthyeshm?ris? dhe ndikimi i tij n? humbjen e performanc?s (eksergjis?) t? sistemit. Ciklet e gazit dhe motor?t reaktiv jan? trajtuar n? detaje. V?mendje i kushtohet kushteve t? ekuilibrit n? sistemet homogjene dhe dyfazore, kalimet fazore n? kufijt? fazor t? shesht? dhe t? lakuar. Jan? dh?n? dispozitat kryesore t? teoris? s? formimit t? nj? faze t? re. Jan? marr? n? konsiderat? vetit? e gazeve dhe avujve real?, ??shtjet e mbytjes s? gazeve dhe avujve real?, proceset q? ndodhin n? avull dhe n? ajrin e lag?sht. ?sht? paraqitur nj? material mjaft i detajuar mbi avullin dhe ciklet e kombinuara t? termocentraleve, jan? shqyrtuar m?nyrat p?r t? rritur efikasitetin e tyre dhe kryhet nj? analiz? e cikleve t? turbinave me avull dhe impianteve t? turbinave me gaz, duke marr? parasysh humbjet e pakthyeshme duke p?rdorur metoda entropie dhe eksergike. . ??shtjet e shnd?rrimit t? drejtp?rdrejt? t? nxeht?sis? n? energji elektrike paraqiten n? form? t? p?rmbledhur n? baz? t? diagrameve t? thjeshtuara termike pa marr? parasysh gjendjen e plazm?s dhe proceset n? t?. Jan? dh?n? bazat e nj? gjeneratori termoelektrik. Jan? marr? n? konsiderat? ciklet ideale t? makinerive ftoh?se, pompave t? nxeht?sis? dhe metodave t? l?ng?zimit t? gazit. Seksioni "Bazat e termodinamik?s kimike" p?rcakton ligjet dhe rregulloret n? lidhje me proceset e shnd?rrimit t? disa substancave n? t? tjera. Jan? dh?n? konceptet baz? t? termodinamik?s s? paekuilibruar. Shtojca I ofron programe kompjuterike llogarit?se p?r nj? nj?si turbine me gaz me rigjenerim t? nxeht?sis? dhe nj? nj?si turbine me avull me optimizimin e parametrave t? l?ngut t? pun?s duke p?rdorur shembullin e nj? termocentrali gjeotermik. Nj? list? e referencave ?sht? dh?n? p?r nj? studim m? t? detajuar t? ligjeve, metodave dhe historis? s? zhvillimit t? termodinamik?s.

Pjesa e dyt? e kursit p?rmban ligjet dhe parimet baz? t? teoris? s? transferimit t? nxeht?sis? dhe mas?s n? natyr? dhe p?rfshin seksione t? tilla si p?r?ueshm?ria termike e pal?vizshme dhe jo-stacionare, transferimi konvektiv i nxeht?sis? n? media homogjene, transferimi i nxeht?sis? kur gjendja agregate e nj? ndryshimet e substanc?s, transferimi i mas?s n? media me dy komponent?, transferimi i nxeht?sis? rrezatuese, bazat e llogaritjes s? shk?mbyesve t? nxeht?sis? rikuperuese.

Dukurit? kryesore t? transferimit t? nxeht?sis? dhe mas?s q? ndodhin n? natyr? konsiderohen n? detaje t? mjaftueshme n? baz? t? modeleve fizike t? thjeshtuara me marrjen e formulave t? llogaritjes. Kjo qasje akademike, p?r mendimin ton?, kontribuon n? zhvillimin e t? menduarit krijues tek studenti: ai sheh se si krijohet nj? model fizik, si thjeshtohet duke futur supozime t? arsyeshme p?r t? marr? nj? zgjidhje analitike.

Meqen?se aktualisht ?sht? e v?shtir? t? imagjinohet zgjidhja e problemeve shkencore dhe inxhinierike pa p?rdorimin e nj? kompjuteri, seksioni "Metodat numerike p?r zgjidhjen e problemeve t? p?rcjelljes s? nxeht?sis?" tregon se si krijohen ekuacionet n? form?n e diferenc?s s? fundme p?r "nyjet" e ndryshme t? trupit q? studiohet. . Jan? marr? n? konsiderat? ??shtjet e stabilitetit t? skemave t? dallimeve. Shtojca II ofron programe p?r llogaritjen e nj? fushe dydimensionale t? temperatur?s duke p?rdorur metoda p?rs?rit?se dhe matricore, si dhe tekstin e programit p?r llogaritjen e nj? shk?mbyesi nxeht?sie p?r kryerjen e l?nd?ve mbi metod?n.

Lista e referencave t? dh?na n? fund t? leksioneve i mund?son studentit t? studioj? m? thell?sisht ??shtjet q? i interesojn?, t? cilat n? disa raste paraqiten n? form? t? p?rmbledhur.

Pjesa I. Termodinamika teknike

1. Konceptet baz? t? termodinamik?s

Termodinamika ?sht? nj? shkenc? q? studion ligjet e transformimit t? energjis? n? procese t? ndryshme t? shoq?ruara me efekte termike. Termodinamika ?sht? nj? shkenc? deduktive: ajo bazohet n? ligjet baz? t? natyr?s (parimet e para dhe t? dyta t? termodinamik?s) dhe ka natyr? fenomenologjike, duke u mb?shtetur n? t? dh?na eksperimentale p?r k?rkimin e saj.

Skic? e shkurt?r historike e zhvillimit t? termodinamik?s

Termodinamika si shkenc? u ngrit n? fillim t? shekullit t? 19-t?. Detyrat kryesore q? duhej t? zgjidhte ishin vendosja e nj? lidhjeje sasiore midis nxeht?sis? dhe pun?s dhe rritja e efikasitetit termik t? motor?ve me avull, t? cilat u p?rdor?n gjer?sisht n? industri. N? 1824, inxhinieri francez Sadi Carnot botoi nj? traktat "Reflektime mbi forc?n l?viz?se t? zjarrit dhe makinat e afta p?r t? zhvilluar k?t? forc?"?11?. N? k?t? vep?r shkencore, ai provon p?r her? t? par? se "forca l?viz?se e zjarrit" (puna) varet nga temperatura e burimeve "t? nxehta" dhe "t? ftohta" t? nxeht?sis? dhe se motor?t me avull me presion t? lart? jan? m? efikas?, n? e cila, sipas tij, "... nj? r?nie m? e madhe e "kaloris?" (kalori kuptohej se n?nkuptonte t? gjith? substanc?n dep?rtuese). Edhe at?her?, ai shkruan p?r arsyet e humbjes s? forc?s l?viz?se: "... nga rivendosja e kot? e ekuilibrit kalorik". K?shtu, puna e Carnot p?rcaktoi parimet themelore t? ligjit t? par? dhe t? dyt? t? termodinamik?s.

N? 1842, Robert Mayer vendosi lidhjen midis nxeht?sis? dhe pun?s, duke p?rcaktuar ekuivalentin mekanik t? nxeht?sis?. James Joule n? 1843, pasi kreu nj? eksperiment unik, gjeti ekuivalentin termik t? pun?s. vlera e s? cil?s mbetet praktikisht e pandryshuar edhe sot e k?saj dite. Punimet e Mayer dhe Joule krijojn? nj? rast t? ve?ant? t? ligjit t? par? t? termodinamik?s - ligji q? pasqyron an?n sasiore t? ruajtjes dhe transformimit t? energjis?.

Rudolf Clausius n? 1854, duke marr? parasysh nj? proces rrethor t? kthyesh?m, futi nj? funksion t? ri t? gjendjes n? termodinamik? - entropin?. S dhe n? k?t? m?nyr? vendos ligjin e dyt? t? termodinamik?s p?r proceset e kthyeshme.M? von?, Max Planck n? disertacionin e doktoratur?s tregon se entropia mund t? p?rdoret n? analiz?n e proceseve t? pakthyeshme (me t? cilat Robert Kirchhoff nuk ishte dakord)?14?. N? rastin e p?rgjithsh?m, parimi i dyt? ka form?n dhe karakterizon an?n cil?sore n? proceset e shnd?rrimit t? energjis?.

William Thomson (Lord Kelvin) prezanton konceptin e temperatur?s absolute (termodinamike), q? ?sht? potenciali termodinamik.

Josiah Willard Gibbs krijon nj? metod? t? re t? k?rkimit termodinamik - metod?n e potencialeve termodinamike, vendos kushtet e ekuilibrit termodinamik. Zhvillon teorin? e kalimeve fazore (rregulli i faz?s Gibbs).

N? vitin 1906, Walter Hermann Nernst (1864-1941), bazuar n? t? dh?nat eksperimentale, zbuloi ligjin e tret? t? termodinamik?s (teorema e Nernst). Sipas k?saj teoreme, n? temperaturat q? priren n? zero absolute, proceset izotermike t? ekuilibrit ndodhin pa ndryshim n? entropin?, d.m.th. . N? k?t? rast, entropia pushon s? qeni funksion i gjendjes dhe tenton n? nj? vler? konstante q? nuk varet nga parametrat e gjendjes.

N? veprat e D.I. Mendeleev, "temperatura kritike" p?rdoret p?r her? t? par?, n? t? cil?n koeficienti i tensionit sip?rfaq?sor ?sht? zero.

V.A. Mikhelson dhe B.B. Golitsyn dha nj? kontribut t? r?nd?sish?m n? termodinamik?n e rrezatimit.

Shkenc?tar?t rus? dhan? gjithashtu nj? kontribut t? madh n? zhvillimin e termodinamik?s: D.P. Konovalov dhe N.S. Kurnakov (metodat termodinamike n? kimin? fizike), N.N. Bogolyubov dhe M.A. Leontovich (termodinamika statistikore, gjendje joekuilibri), L.D. Landau (teoria e superfluiditetit), V.K. Semenchenko (teoria termodinamike e zgjidhjeve).

Sistemi termodinamik

Nj? sistem termodinamik kuptohet si nj? grup makrotrupash q? jan? n? nd?rveprim termik dhe mekanik midis tyre dhe mjedisit. Nj? sistem termodinamik (TS) mund t? mbyllet (me kufij t? l?vizsh?m ose fiks) dhe t? hapet kur nj? rrjedh? masive kalon n?p?r t?. N?se automjeti nuk shk?mben nxeht?si me mjedisin, at?her? nj? sistem i till? quhet adiabatik. TS mund t? jet? homogjene dhe heterogjene. N? nj? sistem homogjen, vetit? e materies mbeten t? pandryshuara n? t? gjitha pikat ose ndryshojn? pa probleme, p?r shembull, n? fush?n e gravitetit ose forcave t? tjera t? mas?s. N?se nj? automjet p?rb?het nga n?nsisteme me veti fizike t? ndryshme, at?her? nj? sistem i till? quhet heterogjen. N? k?t? rast, besohet se vetit? fizike n? kufirin e n?nsistemeve ndryshojn? papritur. N? realitet, ndryshimi i vetive ndodh n? rrug?n mesatare t? lir? t? molekul?s.

Metoda e k?rkimit termodinamik

Termodinamika merr n? konsiderat? sistemet q? p?rb?hen nga nj? num?r i madh, por i kufizuar grimcash; ajo nuk studion proceset n? nivel molekular dhe operon me makrosasi - parametra termodinamik?.

Procesi termodinamik

T?r?sia e gjendjeve t? nj?pasnj?shme q? kalojn? n?p?r nj? sistem termodinamik quhet proces termodinamik. N?se automjeti kalon n?p?r gjendje pothuajse t? ekuilibrit, at?her? nj? proces i till? quhet kuazi-statik. N? kufi, kur procesi ec?n pafund?sisht ngadal?, kemi nj? proces ekuilib?r ose t? kthyesh?m. N? p?rgjith?si, me reversible n?nkuptojm? nj? proces t? till? kur gjat? kryerjes s? nj? procesi t? drejtp?rdrejt? dhe t? kund?rt, automjeti kthehet n? gjendjen e tij origjinale dhe nuk ndodhin ndryshime n? mjedis. Vet?m proceset kuazi-statike ose ekuilibri mund t? p?rshkruhen n? diagramet fazore. Nj? proces pothuajse statik kuptohet si nj? proces kur shpejt?sia e procesit ?sht? shum? m? e vog?l se shpejt?sia e relaksimit

Ku a- ?do paramet?r termodinamik ( fq, T, v) ;? - koha; - koha e relaksimit - koha gjat? s? cil?s vendoset ekuilibri termodinamik n? t? gjitha pikat e mjetit, dometh?n? do t? kemi t? nj?jtat veti fizike (p?r gazet?sekonda).

Parametrat e sistemit termodinamik

K?to jan? makro sasi q? karakterizojn? gjendjen fizike t? nj? sistemi termodinamik. Kjo perfshin temperatura T, presion - fq, v?llimi - V(parametrat termik?).

Temperatura?sht? nj? nga parametrat kryesor? termik?. Temperatura ?sht? nj? mas? e nxeht?sis? s? trupit. Temperatura e trupit e matur me nj? termomet?r quhet empirike ( t). P?r konceptin e temperatur?s absolute ( T) jepet nga teoria kinetike e gazeve. Ekziston nj? lidhje midis energjis? mesatare kinetike t? l?vizjes p?rkthimore t? molekulave dhe temperatur?s

(1.2)

Ku m- masa e molekul?s;
- shpejt?sia mesatare e l?vizjes p?rkthimore t? molekulave; k= 1,38 ?10 - 23 - Konstanta e Boltzmann-it (konstanta universale e gazit p?r molekul? gazi); R 0 = 8314 - konstante universale e gazit; N 0 = 6,0228?10 26 - Numri i Avogadros (numri i molekulave n? nj? kilomole). Nga (1.2) rrjedh se T ?sht? nj? sasi statistikore q? karakterizon gjendjen e nj? numri t? madh molekulash. Ekziston nj? lidhje midis temperatur?s absolute dhe empirike t? matur n? grad? Celsius

(1.3)

Presioni, si temperatura, ?sht? nj? sasi statistikore. Nga kursi i fizik?s molekulare dihet se presioni i gazit n? muret e nj? ene mund t? llogaritet duke p?rdorur formul?n

H/m 2 (1,4)

Ku n =N 0 /V? ?sht? numri i molekulave q? p?rmbahen n? nj? v?llim prej nj? kilomole;

V? = 22,4 m 3 / kmol - v?llimi prej nj? kilomole n? kushte normale ( fq n= 760 mm. rt. Art. = 1,013?10 5 Pa, t n= 0 C) ;? - koeficienti i kompresueshm?ris?.

Duke marr? parasysh (1.2), ne rishkruajm? (1.4) n? form?

. (1.5)

P?r nj? gaz ideal, molekulat e t? cilit p?rfaq?sohen si pika materiale me mas? dhe pa v?llim, dhe bashk?veprimi kryhet vet?m p?r shkak t? p?rplasjeve elastike (? = 1), mund t? shkruajm?

pV ? =R 0 T. (1.6)

Shprehja (1.6) ?sht? ekuacioni termik i gjendjes s? nj? gazi ideal p?r nj? kilomole. P?r M kilomole

pV = ZOTI. 0 T. (1.7)

Ekuacioni i gjendjes n? form?n (1.7) quhet Clapeyron-Mendeleev.

Q? nga masa e gazit

G=M? , (1.8)

Ku ? ?sht? masa molekulare e gazit, kg/kmol dhe R = R 0 / ? , at?her? (1.7) mund t? rishkruhet n? form?n Clapeyron

pV = GRT. (1.9)

Duke pjes?tuar ekuacionin (1.9) me mas?n e gazit, marrim

pv = RT,

Ku v = V/ G- v?llimi specifik i gazit, m 3 / kg. V?llimi specifik i gazit ?sht? i lidhur me densitetin nga relacioni ? = 1/ v, Pastaj

fq = ? RT. (1.10)

K?shtu, sa m? e lart? t? jet? dend?sia dhe temperatura e nj? gazi ideal, aq m? i madh ?sht? presioni. Presioni i p?rfshir? n? ekuacionin e gjendjes quhet absolut dhe matet n? Pascals (Pa=N/m2). N?se presioni i gazit n? en? ?sht? m? i lart? se presioni i ambientit R OS (presioni barometrik), pastaj presioni absolut

p=p njeri + fq OS , (1.11)

Ku R njeri =fq kasolle - presioni i matur nga nj? mat?s presioni (nj? mat?s presioni mat presionin e tep?rt midis presionit n? en? dhe mjedisit).

N? rastin kur presioni i gazit n? en? ?sht? m? i vog?l se presioni i ambientit, p?rdoret nj? mat?s vakum, at?her?

p=p OS - R vac. (1.12)

Sa m? sip?r mund t? paraqitet grafikisht (shih Fig. 1.1).

V?llimi specifik si dhe T Dhe R, karakterizon gjendjen fizike t? trupit

(1.13)

Parametrat termodinamik? (TP) mund t? jen? t? gjera ose intensive. Parametrat e gjer? p?rfshijn? energjin? e brendshme t? gazit U, entalpi I = U + pV, entropia S. K?ta parametra kan? veti aditiviteti (ato mund t? shtohen). Parametrat intensiv? jan? fq, T, v?llim specifik v - nuk kan? veti aditiviteti.