Termodinami?in ve molek?ler fizi?in i?inize yarayacak temel form?lleri. Termodinamik nedir

Termodinamik nedir

Tan?m

Termodinamik fizi?in en ?nemli k?sm?d?r. Bulgular? jiroskop ve aerodinamik, optik, fiziksel kimya ve di?er bir?ok bilim dal?nda ve uygulamal? geli?melerde kullan?lmaktad?r.

Termodinamik 19. y?zy?l?n ba??nda ortaya ??kt?. O d?nemde ?s?tma m?hendisli?i geli?meye ba?lad?. Termodinamik onun teorik temeli haline geldi. O zamanki hedefi, ?s? motorlar?n? kullanarak ?s?y? mekanik i?e d?n??t?rme s?re?lerini belirleyen kal?plar? incelemek ve bu t?r d?n???mlerin verimlili?inin maksimum oldu?u ko?ullar? ara?t?rmakt?. Termodinami?in temelleri, ?s? motorlar? ?zerine ?al??an Frans?z m?hendis ve fizik?i Saadi Carnot'un ?al??malar?yla at?lm??t?r. O zamanlar ?s? hala k?tlesi olmayan, yarat?lamayan veya yok edilemeyen belirli bir madde - kalorik - olarak kabul ediliyordu. Daha sonra termodinamik dar bir teknik problemin s?n?rlar?n? a?t?. Modern termodinami?in ana i?eri?i, maddenin termal hareketinin ve ilgili olaylar?n yasalar?n?n incelenmesidir.

Termodinamik hangi s?re?leri inceliyor?

Termodinamik, v?cutlarda ve v?cut sistemlerinde meydana gelen makroskobik s?re?leri inceler. Bu bilim, maddenin yap?s? hakk?nda ?zel hipotezler ve fikirler kullanmaz. Is?n?n do?as? hakk?nda soru sormaz. Termodinami?in sonu?lar?, ampirik verilerin genelle?tirilmesiyle elde edilen genel ilkelere (ilkelere) dayanmaktad?r.

Termodinamik, yaln?zca sistemlerin termodinamik olarak denge durumlar?n? veya bir dizi denge durumuyla temsil edilebilen ?ok yava? s?re?leri inceler. Bu bilim ayn? zamanda bir denge durumundan di?erine ge?i? yasalar?n? da inceler.

Termodinami?in sonu?lar?, basitle?tirilmi? modeller kullan?lmadan elde edildi?inden ?ok geneldir. Termodinamik bir?ok denklemi deneyimlerden veya molek?ler kinetik teoriden al?r. Ancak burada, uygulaman?n termodinami?in aksiyomlar?n?n uygulanabilirlik s?n?rlar?na sahip oldu?unu g?sterdi?ine dikkat edilmelidir. Bu nedenle, klasik termodinamik, mikro d?nyada ?nemli bir ?neme sahip olan durum dalgalanmalar?n? dikkate almad??? i?in k???k boyutlu sistemlere pek uygulanamaz.

Yani termodinami?in temel fikrini ?u ?ekilde tan?ml?yoruz:

Termodinami?in temel fikri

Makroskobik sistemler ?ok say?da par?ac?ktan olu?ur. Sistemin durumlar? ?ok spesifik parametrelerle karakterize edilir. Her sistem enerjinin korunumu kanununa uyar.

Termodinamikte enerjinin korunumu yasas? termodinami?in ilkeleri olarak form?le edilmi?tir. Makrosistemin davran??? termodinami?in ilkelerine g?re tan?mlan?r. Termodinamikte form?le edilmi? ?? prensip vard?r. ?lk prensip enerjinin korunumu yasas?n?n bir sonucudur:

Termodinami?in birinci yasas?

\[\delta Q=dU+\delta A\ \left(1\right),\]

burada $\delta Q$ termodinamik sisteme sa?lanan ?s? unsurudur (veya sonsuz k???k bir miktard?r). Enerjinin bu formunun hareketi ve d?n???mlerinin incelenmesi termodinami?in konusudur, $dU$ sistemin i? enerjisindeki de?i?imdir, $\delta A$ temel i?tir. Sonsuz k???k miktarlar burada farkl? sembollerle (d ve $\delta $) g?sterilmi?tir, bu kas?tl? olarak yap?lm??t?r. Bu k???k niceliklerin ?zelliklerinin farkl? oldu?unu vurgulamak i?in. Termodinami?in birinci yasas? s?recin y?n? hakk?nda herhangi bir fikir vermez. Bu nedenle ikinci bir ba?lang?ca ihtiya? vard?r. Termodinamikteki s?re?lerin y?n?n? karakterize eden budur. Termodinami?in ikinci yasas?n?n ?e?itli form?lasyonlar? vard?r. Bi?im bak?m?ndan farkl?lar ama anlam bak?m?ndan e?de?erdirler. ??te Thompson (Lord Kelvin) taraf?ndan verilen form?lasyonlardan biri:

Termodinami?in ikinci yasas?

"D?ng?sel bir s?re? imkans?zd?r, bunun tek sonucu termal rezervuar?n i? enerjisini azaltarak i? ?retimi olacakt?r."

???nc?s? s?re?lere k?s?tlamalar getirir. Bunu form?le edelim:

Termodinami?in ???nc? yasas?

"Mutlak s?f?ra sonlu say?da i?lemle ula??lamaz."

Termodinami?in matematiksel aparat?, diferansiyel formlar ve k?smi diferansiyel denklemler teorisidir.

G?rev: ?deal bir tek atomlu gaz, d?ng?sel bir s?re?ten ge?er (?ekil 1).

$V_1,\ V_2,$ $p_1,\ p_2$ biliniyorsa ?evrim verimlili?ini belirleyin.

Bu durumda d?ng?n?n verimlili?i ($\eta $) uygun ?ekilde ?u ?ekilde belirlenir:

\[\eta =\frac(A)(Q^+)\left(1.1\right),\]

burada A, gaz?n dairesel bir i?lemde yapt??? i?tir, $Q^+$, ?s?t?c?dan gaza sa?lanan ?s? miktar?d?r.

?ekil 1'de g?sterilen dairesel s?re? (d?ng?), ard???k d?rt s?re?ten olu?ur. Hangi i?lemlerde ?s?n?n sa?land???n? belirleyelim. A??k?as? bunlar AB ve BC s?re?leridir.

AB s?reci izobariktir. Termodinami?in birinci yasas?n? yazal?m ve bu s?re?te gaz?n a???a ??kard??? ?s? miktar?n? bulal?m.

\[\??gen Q=\??gen U+A\ \left(1,2\right).\]

?zobarik bir s?re?teki ?al??ma ?u ?ekilde bulunabilir:

Bu nedenle AB s?reci i?in ?unu elde ederiz:

AB i?lemi s?ras?nda gaz?n i? enerjisindeki de?i?im a?a??daki form?le sahiptir:

\[\??gen U_(AB)=\frac(i)(2)\nu R\left(T_2-T_1\right)\left(1,5\right).\]

$\left(T_2-T_1\right)$'? bulmak i?in ideal bir gaz i?in Mendeleev-Cliperon denklemini kullan?r?z. Bunu iki durum i?in yazal?m (A ve B noktalar?):

\ \

(1.7) ile (1.6) aras?ndaki fark? bulal?m, ?unu elde ederiz:

(1.8)'i (1.5)'e koyarsak ?unu elde ederiz:

\[\??gen U_(AB)=\frac(i)(2)p_1\left(V_2-V_1\right)\left(1,9\right).\]

Bu nedenle AB s?recinde gaz?n ald??? ?s? miktar? ?una e?ittir:

\[\??gen Q_(AB)=p_1\left(V_2-V_1\right)+\frac(i)(2)p_1\left(V_2-V_1\right)\ (1.10).\]

?imdi BC izokorik s?recini ele alal?m. Bunun i?in gaza aktar?lan ?s? miktar? ?una e?ittir:

\[\??gen Q_(BC)=\??gen U_(BC\ )\left(1.11\right).\]

??nk? izokorik bir s?re?te i? s?f?rd?r. Diyagram B ve C noktalar? i?in ideal bir gaz?n durum denklemini kullanarak bu s?recin i? enerjisindeki de?i?iklikleri bulal?m:

\ \

(1.7)’den (1.6)’y? ??kar?rsak ?unu elde ederiz:

(1.14)'? (1.11)'e koyarsak $\triangle Q_(BC)$ buluruz:

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

$Q^+:$ i?in bir ifade elde ediyoruz

Gaz?n dairesel bir s?re?te yapt??? i?i bulal?m. ABCD dikd?rtgeninin alan?n?n integrallerinin geometrik anlam?na e?ittir, buna g?re yaz?yoruz:

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

Yan?t: Belirli bir s?recin d?ng? verimlili?i ?u form?lle ifade edilir: $\eta =\frac(((p)_2-\ p_1)\left(V_2-V_1\right))((\frac(i)(2) )(p)_2V_2- p_1V_1)+p_1((V)_2-V_1))$.

?dev: ?ekil 2'de. ?ekil 2 AB ve CD izotermlerini g?stermektedir. ??lem I ve II'de gaz?n ald??? ?s? miktar?n? kar??la?t?r?n.

AB ve CB izotermlerse, I ve II s?re?lerinde gaz?n i? enerjisindeki de?i?iklikler ayn?d?r: \[\triangle U_I=\triangle U_(II)\left(2,1\right).\]

S?re? izokorik oldu?undan, s?re? I'deki i? s?f?rd?r, dolay?s?yla s?re? I'de gaz?n ald??? ?s? miktar?:

\[\??gen Q_I=\??gen U_I\ \left(2,2\right).\]

II. Halde gaz taraf?ndan i? yap?l?r ve 0'dan b?y?kt?r ($A_I>0).\ $

\[\triangle Q_(II)=\??gen U_(II)+A=\??gen U_I+A\ \to \triangle Q_(II)>\??gen Q_I\left(2,3\right).\]

Cevap: II. s?re?te gaz?n ald??? ?s? miktar?, I. s?re?te gaz?n ald??? ?s? miktar?ndan daha fazlad?r.

Termodinamik, cisimlerde meydana gelen termal olaylar?, maddenin molek?ler yap?s?yla ili?kilendirmeden inceleyen bir bilimdir.

Termodinamikte buna inan?l?yor v?cutlardaki t?m termal s?re?ler yaln?zca makroskopik parametrelerle karakterize edilir- bas?n?, hacim ve s?cakl?k. Ve bunlar tek tek molek?llere veya atomlara uygulanamad???ndan, molek?ler kinetik teorinin aksine, termodinamikte, maddenin termal s?re?lerdeki molek?ler yap?s? dikkate al?nmaz.

Termodinami?in t?m kavramlar?, deneyler s?ras?nda g?zlemlenen ger?eklerin genelle?tirilmesi olarak form?le edilmi?tir. Bu nedenle ?s?n?n fenomenolojik (tan?mlay?c?) teorisi olarak an?l?r.

Termodinamik sistemler

Termodinamik, makroskobik sistemlerde meydana gelen termal s?re?leri a??klar. Bu t?r sistemler ?ok say?da par?ac?ktan (molek?l ve atom) olu?ur ve buna termodinamik denir.

Termodinamik sistem ??plak g?zle veya mikroskop, teleskop ve di?er optik aletlerin yard?m?yla g?r?lebilen herhangi bir nesne olarak kabul edilebilir. ?nemli olan, sistemin uzaydaki boyutlar? ve varolu? s?resinin, etkisine tepki vermeyen aletler kullan?larak s?cakl?k, bas?n?, k?tle, elementlerin kimyasal bile?imi vb. gibi parametrelerini ?l?meyi m?mk?n k?lmas?d?r. bireysel molek?ller (bas?n? g?stergeleri, termometreler vb.).

Kimyac?lar i?in termodinamik sistem, kimyasal reaksiyon s?ras?nda birbirleriyle etkile?ime giren kimyasal maddelerin bir kar???m?d?r. Astrofizik?iler b?yle bir sisteme g?k cismi ad?n? verecekler. Bir araban?n motorunda, k?rede, v?cudumuzda, yaz? kaleminde, defterde, makinede vb. yak?t ve havan?n kar???m? da termodinamik sistemlerdir.

Her termodinamik sistem ?evresinden s?n?rlarla ayr?l?r. Ger?ek olabilirler; kimyasal madde i?eren bir test t?p?n?n cam duvarlar?, motordaki silindir g?vdesi vb. Veya ?rne?in atmosferde bir bulutun olu?umunu incelediklerinde ko?ullu olabilirler.

B?yle bir sistem d?? ?evre ile enerji veya madde al??veri?i yapm?yorsa buna denir. yal?t?lm?? veya kapal? .

Bir sistem d?? ?evreyle enerji al??veri?i yap?yor ancak madde al??veri?i yapm?yorsa buna denir. kapal? .

Sistemi a? D?? ?evreyle hem enerji hem de madde al??veri?i yapar.

Termodinamik denge

Bu kavram ayn? zamanda deneysel sonu?lar?n genelle?tirilmesi olarak termodinami?e de dahil edildi.

Termodinamik denge sistem izole edilmi?se, t?m makroskobik niceliklerin (s?cakl?k, bas?n?, hacim ve entropi) zamanla de?i?medi?i bir sistemin durumunu adland?r?rlar. Herhangi bir kapal? termodinamik sistem, e?er t?m d?? parametreler sabit kal?rsa, kendili?inden b?yle bir duruma ge?ebilir.

Termodinamik denge durumundaki bir sistemin en basit ?rne?i, s?cak ?ay termosudur. ??indeki s?cakl?k s?v?n?n herhangi bir noktas?nda ayn?d?r. Her ne kadar bir termos sadece yakla??k olarak izole edilmi? bir sistem olarak adland?r?labilir.

Herhangi bir kapal? termodinamik sistem, e?er d?? parametreler de?i?mezse kendili?inden termodinamik dengeye girme e?ilimindedir.

Termodinamik s?re?

Makroskobik parametrelerden en az biri de?i?irse, sistemin bir sorun ya?ad???n? s?yl?yorlar. termodinamik s?re? . B?yle bir s?re?, d?? parametrelerin de?i?mesi veya sistemin enerji almaya veya iletmeye ba?lamas? durumunda meydana gelebilir. Sonu? olarak ba?ka bir duruma ge?er.

Termostaki ?ay ?rne?ini hat?rlayal?m. ?ay?n i?ine bir par?a buz koyup termosu kapat?rsak, s?v?n?n farkl? k?s?mlar?nda hemen s?cakl?k fark? ortaya ??kacakt?r. Termostaki s?v? s?cakl?klar? e?itleme e?iliminde olacakt?r. Is?, s?cakl???n y?ksek oldu?u b?lgelerden s?cakl???n d???k oldu?u b?lgelere aktar?lacakt?r. Yani termodinamik bir s?re? meydana gelecektir. Sonunda termostaki ?ay?n s?cakl??? yine ayn? olacakt?r. Ancak zaten ba?lang?? s?cakl???ndan farkl? olacakt?r. Sistemin durumu de?i?ti ??nk? s?cakl??? de?i?ti.

Termodinamik s?re?, s?cak bir g?nde kumsalda ?s?t?lan kumun gece so?umas?yla meydana gelir. Sabaha do?ru ate?i d???yor. Ancak g?ne? do?ar do?maz ?s?tma i?lemi yeniden ba?layacakt?r.

??sel enerji

Termodinami?in temel kavramlar?ndan biri i?sel enerji .

T?m makroskobik cisimler, v?cudu olu?turan t?m par?ac?klar?n (atomlar ve molek?ller) kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplam? olan i? enerjiye sahiptir. Bu par?ac?klar yaln?zca birbirleriyle etkile?ime girer ve ?evresel par?ac?klarla etkile?ime girmez. ?? enerji par?ac?klar?n kinetik ve potansiyel enerjisine ba?l?d?r ve v?cudun kendi konumuna ba?l? de?ildir.

U = Ek +Ep

?? enerji s?cakl?kla de?i?ir. Molek?ler kinetik teorisi bunu madde par?ac?klar?n?n hareket h?z?n? de?i?tirerek a??klar. V?cudun s?cakl??? artarsa par?ac?klar?n hareket h?z? da artar, aralar?ndaki mesafe artar. Sonu? olarak kinetik ve potansiyel enerjileri artar. S?cakl?k d??t???nde ters i?lem meydana gelir.

Termodinamik i?in ?nemli olan i? enerjinin miktar? de?il, de?i?imidir. Ve i? enerjiyi, ?s? transferi s?reci yoluyla veya mekanik i? yaparak de?i?tirebilirsiniz.

Mekanik i? ile i? enerjideki de?i?im

Benjamin Rumfoord

Bir cismin i? enerjisi, ?zerinde mekanik i? yap?larak de?i?tirilebilir. Bir cisim ?zerinde i? yap?l?rsa mekanik enerji i? enerjiye d?n??t?r?l?r. Ve e?er i? bir v?cut taraf?ndan yap?l?yorsa, o zaman onun i? enerjisi mekanik enerjiye d?n???r.

Neredeyse 19. y?zy?l?n sonuna kadar, ?s?y? v?cuttan v?cuda aktaran a??rl?ks?z bir maddenin - kalorik - oldu?una inan?l?yordu. V?cuda ne kadar ?ok kalori ak??? olursa, o kadar s?cak olur ve bunun tersi de ge?erlidir.

Ancak 1798'de Anglo-Amerikan bilim adam? Kont Benjamin Rumford kalori teorisinden ??phe etmeye ba?lad?. Bunun nedeni sondaj s?ras?nda silah namlular?n?n ?s?nmas?yd?. Is?nman?n nedeninin, matkab?n namluya s?rt?nmesi s?ras?nda yap?lan mekanik i? oldu?unu ?ne s?rd?.

Ve Rumfoord bir deney yapt?. S?rt?nme kuvvetini artt?rmak i?in k?r bir matkap al?p namluyu bir su varilinin i?ine yerle?tirdiler. Sondaj?n ???nc? saatinin sonunda varildeki su kaynamaya ba?lad?. Bu, ?zerinde mekanik ?al??ma yap?ld???nda namlunun ?s? ald??? anlam?na geliyordu.

Is? transferi

Is? transferi termal enerjinin (?s?) bir v?cuttan di?erine do?rudan temas yoluyla veya b?l?c? bir b?lme yoluyla aktar?lmas?n?n fiziksel i?lemidir. Kural olarak, ?s? daha s?cak bir v?cuttan daha so?uk olana aktar?l?r. Bu s?re?, sistem termodinamik denge durumuna ula?t???nda sona erer.

Cismin ?s? transferi s?ras?nda ald??? veya verdi?i enerjiye denir. ?s? miktar? .

Is? transferi y?ntemine g?re, ?s? de?i?imi 3 t?re ayr?labilir: termal iletkenlik, konvansiyon, termal radyasyon.

Termal iletkenlik

V?cutlar veya v?cut par?alar? aras?nda s?cakl?k fark? varsa, aralar?nda ?s? transferi i?lemi meydana gelecektir. Termal iletkenlik i? enerjinin daha fazla ?s?t?lm?? bir g?vdeden (veya bir k?sm?ndan) daha az ?s?t?lm?? bir g?vdeye (veya bir k?sm?na) aktar?lmas? i?lemidir.

?rne?in bir ?elik ?ubu?un bir ucunu ate?te ?s?tt???m?zda, bir s?re sonra di?er ucunun da ?s?nd???n? hissederiz.

Bir ucu k?pk?rm?z? olan bir cam ?ubu?u di?er ucundan yanmadan rahatl?kla tutabiliriz. Ancak ayn? deneyi demir ?ubukla yapmaya kalkarsak ba?ar?l? olamay?z.

Farkl? maddeler ?s?y? farkl? ?ekilde iletir. Her birinin kendine ait termal iletkenlik katsay?s?, veya iletkenlik, say?sal olarak 1 m kal?nl???nda, 1 m2 alana sahip bir numuneden 1 saniyede ge?en ?s? miktar?na e?ittir. S?cakl???n birimi 1 K'd?r.

Metaller ?s?y? en iyi iletir. Onlar?n bu ?zelli?ini g?nl?k hayatta, metal kaplarda veya tavada yemek pi?irerek kullan?r?z. Ancak ellerinin ?s?nmamas? gerekiyor. Bu nedenle ?s? iletkenli?i zay?f malzemelerden yap?l?rlar.

S?v?lar?n ?s? iletkenli?i daha azd?r. Ve gazlar?n termal iletkenli?i zay?ft?r.

Hayvan k?rk? de zay?f bir ?s? iletkenidir. Bu sayede s?cak havalarda a??r? ?s?nmazlar, so?uk havalarda ise donmazlar.

ortak d???nce

Geleneksel olarak ?s?, jetler ve gaz veya s?v? ak??lar?yla aktar?l?r. Kat?larda bir gelenek yoktur.

S?v?larda konvansiyon nas?l olu?ur? Bir ?aydanl?k suyu ate?e verdi?imizde s?v?n?n alt tabakas? ?s?n?r, yo?unlu?u azal?r ve yukar? do?ru hareket eder. Yerini daha so?uk bir su tabakas? al?r. Bir s?re sonra o da ?s?nacak ve daha so?uk olan katmanla yer de?i?tirecektir. Vesaire.

Benzer bir s?re? gazlarda da meydana gelir. Is?tma radyat?rlerinin odan?n alt k?sm?na yerle?tirilmesi tesad?f de?ildir. Sonu?ta, ?s?t?lan hava her zaman odan?n tepesine ??kar. Ve tam tersine, alttaki so?uk olan d???yor. Daha sonra o da ?s?n?p tekrar y?kselir ve bu s?re zarf?nda ?st katman so?uyarak d??er.

S?zle?me do?al veya zorunlu olabilir.

Atmosferde s?rekli olarak do?al bir kongre meydana geliyor. Bunun bir sonucu olarak, s?cak hava k?tlelerinin yukar? do?ru, so?uk hava k?tlelerinin ise a?a?? do?ru s?rekli bir hareketi vard?r. Sonu? olarak r?zgar, bulutlar ve di?er do?a olaylar? ortaya ??kar.

Do?al gelenek yeterli olmad???nda zorunlu gelene?i kullan?yorum. ?rne?in, fan kanatlar? kullan?larak bir odadaki s?cak hava ak??lar? hareket ettirilir.

Termal radyasyon

G?ne? D?nya'y? ?s?t?r. Bu durumda ne ?s? transferi ne de konvansiyon meydana gelir. Peki v?cutlar neden ?s?n?r?

Ger?ek ?u ki G?ne? bir termal radyasyon kayna??d?r.

Termal radyasyon - Bu, v?cudun i? enerjisinden kaynaklanan elektromanyetik radyasyondur. Etraf?m?zdaki t?m cisimler termal enerji yayar. Bu, bir masa lambas?ndan gelen g?r?n?r ???k veya g?r?nmez ultraviyole, k?z?l?tesi veya gama ???nlar? kaynaklar? olabilir.

Ancak bedenler ?s? yaymaktan daha fazlas?n? yapar. Onlar da onu emiyorlar. Baz?lar? daha b?y?k ?l??de, di?erleri daha az ?l??de. ?stelik koyu renkli cisimler, a??k renkli cisimlere g?re daha h?zl? ?s?n?r ve so?ur. S?cak havalarda a??k renkli giysiler giymeye ?al???r?z ??nk? koyu renkli giysilere g?re ?s?y? daha az emerler. Koyu renkli bir araba, yan?nda duran a??k renkli bir arabaya g?re g?ne?te ?ok daha h?zl? ?s?n?r.

Maddelerin ?s?y? farkl? ?ekilde absorbe etme ve yayma ?zelli?i, gece g?r?? sistemlerinin, f?ze g?d?ml? sistemlerin vb. olu?turulmas?nda kullan?l?r.

Termodinamik (Yunanca thermi - “?s?”, dynamis - “kuvvet”) makroskobik sistemlerin en genel ?zelliklerini ve bu t?r sistemlerde enerjinin transfer ve d?n???m y?ntemlerini inceleyen bir fizik dal?d?r.

Termodinamikte, hangi s?cakl?k kavram?n?n tan?t?labilece?ini tan?mlamak i?in durumlar ve s?re?ler incelenir. Termodinamik (T.), deneysel ger?eklerin genellemelerine dayanan fenomenolojik bir bilimdir. Termodinamik sistemlerde meydana gelen i?lemler, ?ok say?da par?ac?ktan olu?an sistemleri tan?mlamak i?in kullan?lan makroskobik niceliklerle (s?cakl?k, bas?n?, bile?en konsantrasyonlar?) tan?mlan?r ve ?rne?in termodinamik sistemlerde oldu?u gibi bireysel molek?llere ve atomlara uygulanamaz. Mekanik veya elektrodinamikte tan?t?lan nicelikler.

Modern fenomenolojik termodinamik, ?e?itli ?nermelere dayanarak geli?tirilen titiz bir teoridir. Bununla birlikte, bu varsay?mlar?n termodinamik sistemlerin olu?turuldu?u par?ac?klar?n etkile?iminin ?zellikleri ve yasalar?yla ba?lant?s? istatistiksel fizik taraf?ndan verilmektedir. ?statistiksel fizik ayn? zamanda termodinami?in uygulanabilirli?inin s?n?rlar?n?n netle?tirilmesine de olanak sa?lar.

Termodinami?in yasalar? do?as? gere?i geneldir ve maddenin atomik d?zeydeki yap?s?n?n belirli ayr?nt?lar?na ba?l? de?ildir. Bu nedenle termodinamik, enerji, ?s? m?hendisli?i, faz ge?i?leri, kimyasal reaksiyonlar, ta??n?m olaylar? ve hatta kara delikler gibi ?ok ?e?itli bilim ve teknoloji konular?nda ba?ar?yla uygulanmaktad?r. Termodinamik, fizik ve kimya, kimya teknolojisi, havac?l?k ve uzay m?hendisli?i, makine m?hendisli?i, h?cre biyolojisi, biyomedikal m?hendisli?i, malzeme bilimi gibi ?ok ?e?itli alanlar i?in ?nemlidir ve hatta ekonomi gibi alanlarda da uygulamas?n? bulur.

Termodinamik tarihinde ?nemli y?llar

Bir bilim olarak termodinami?in k?keni, s?cakl?k kavram?n? ortaya atan ve ortam s?cakl???ndaki de?i?ikliklere tepki veren ilk cihaz? tasarlayan (1597) G. Galilei'nin ad?yla ili?kilidir.
?ok ge?meden G. D. Fahrenheit (1714), R. Reaumur (1730) ve A. Celsius (1742) bu prensibe uygun olarak s?cakl?k ?l?ekleri olu?turdular.
J. Black, 1757'de gizli f?zyon ?s?s? ve ?s? kapasitesi kavramlar?n? zaten tan?tt? (1770). Ve Wilcke (J. Wilcke, 1772), kalorinin tan?m?n?, 1 g suyu 1 °C ?s?tmak i?in gereken ?s? miktar? olarak ortaya koydu.
Lavoisier (A. Lavoisier) ve Laplace (P. Laplace) 1780'de bir kalorimetre tasarlad?lar (bkz. Kalorimetri) ve ilk kez deneysel olarak at?m? belirlediler. bir dizi maddenin ?s? kapasitesi.
1824 y?l?nda S. Carnot (N. L, S. Carnot), ?s? motorlar?n?n ?al??ma prensiplerinin incelenmesine y?nelik bir ?al??ma yay?nlad?.
B. Clapeyron, termodinamik s?re?lerin grafiksel bir temsilini ortaya koydu ve sonsuz k???k d?ng?ler y?ntemini geli?tirdi (1834).
G. Helmholtz, enerjinin korunumu yasas?n?n evrensel do?as?na dikkat ?ekti (1847). Daha sonra R. Clausius ve W. Thomson (Kelvin; W. Thomson), termodinami?in birinci yasas?na ve termodinami?in ikinci yasas?na dayanan termodinami?in teorik ayg?t?n? sistematik olarak geli?tirdiler.
2. prensibin geli?tirilmesi Clausius'u entropinin tan?m?na (1854) ve artan entropi yasas?n? form?le etmeye (1865) y?neltti.
Termodinamik potansiyeller y?ntemini ?neren J. W. Gibbs'in (1873) ?al??mas?yla ba?layarak termodinamik denge teorisi geli?tirildi.
2. yar?da. 19. y?zy?l Ger?ek gazlarla ilgili ?al??malar yap?ld?. S?v?-buhar sisteminin kritik noktas?n? ilk ke?feden (1861) T. Andrews'un deneyleri ?zel bir rol oynad?, varl??? D. I. Mendeleev (1860) taraf?ndan tahmin edildi.
19. y?zy?l?n sonunda. D???k s?cakl?klar?n elde edilmesinde b?y?k ilerlemeler kaydedildi ve bunun sonucunda O2, N2 ve H2 s?v?la?t?r?ld?.
1902 y?l?nda Gibbs, istatistiksel fizik ?er?evesinde t?m temel termodinamik ili?kilerin elde edildi?i bir ?al??ma yay?nlad?.
Kinetik aras?ndaki ba?lant? V?cudun ?zellikleri ve termodinami?i. ?zellikleri L. Onsager (L. Onsager, 1931) taraf?ndan belirlenmi?tir.
20. y?zy?lda ?e?itli faz ge?i?lerinin ger?ekle?ti?i kat?lar?n yan? s?ra kuantum s?v?lar? ve s?v? kristallerin termodinami?ini yo?un bir ?ekilde inceledi.
L. D. Landau (1935-37), kendili?inden simetri k?r?lmas? kavram?na dayanan genel bir faz ge?i?leri teorisi geli?tirdi.

Termodinami?in b?l?mleri

Modern fenomenolojik termodinamik genellikle denge termodinamik sistemlerini ve bu t?r sistemlerdeki s?re?leri inceleyen denge (veya klasik) termodinamik ve termodinamik dengeden sapman?n nispeten k???k oldu?u ve yine de termodinami?e izin veren sistemlerdeki dengesiz s?re?leri inceleyen dengesiz termodinamik olarak ikiye ayr?l?r. Tan?m.

Denge (veya klasik) termodinamik

Denge termodinami?inde i? enerji, s?cakl?k, entropi ve kimyasal potansiyel gibi de?i?kenler devreye girer. Bunlar?n hepsine termodinamik parametreler (miktarlar) denir. Klasik termodinamik, termodinamik parametrelerin birbirleriyle ve fizi?in di?er dallar?nda dikkate al?nan fiziksel niceliklerle, ?rne?in sisteme etki eden yer?ekimi veya elektromanyetik alanla ili?kilerini inceler. Klasik termodinamik ?al??malar?na kimyasal reaksiyonlar ve faz ge?i?leri de dahildir. Ancak kimyasal d?n???mlerin ?nemli bir rol oynad??? termodinamik sistemlerin incelenmesi kimyasal termodinami?in konusudur ve termal m?hendislik teknik uygulamalarla ilgilenir.

Klasik termodinamik a?a??daki b?l?mleri i?erir:

Termodinami?in ilkeleri (bazen kanunlar veya aksiyomlar da denir)
basit termodinamik sistemlerin durum denklemleri ve ?zellikleri (ideal gaz, ger?ek gaz, dielektrikler ve m?knat?slar, vb.)
basit sistemlerle denge s?re?leri, termodinamik ?evrimler
Dengesiz s?re?ler ve azalmayan entropi yasas?
termodinamik fazlar ve faz ge?i?leri

Ayr?ca modern termodinamik a?a??daki alanlar? da i?erir:

d??b?key analize dayal? termodinami?in titiz bir matematiksel form?lasyonu
kapsaml? olmayan termodinamik

Termodinamik denge durumunda olmayan sistemlerde, ?rne?in hareketli bir gazda, yerel denge yakla??m? kullan?labilir; burada denge termodinamik ili?kilerinin sistemin her noktas?nda yerel olarak kar??land??? varsay?l?r.

Dengesizlik termodinami?i

Dengesiz termodinamikte de?i?kenler sadece uzayda de?il zamanda da yerel olarak kabul edilir, yani zaman form?llerine a??k?a girebilmektedir. Fourier'in termal iletkenlik konular?na adanm?? klasik ?al??mas? “Analitik Is? Teorisi” (1822), yaln?zca dengesiz termodinami?in ortaya ??k???n?n de?il, ayn? zamanda Carnot'un “Ate?in itici g?c? ve ?zerine d???nceler ?zerine d???nceler” ?al??mas?n?n da ilerisinde oldu?unu belirtelim. Bu kuvveti geli?tirebilen makineler” (1824), genellikle klasik termodinami?in tarihinde bir ba?lang?? noktas? olarak kabul edilir.

Termodinami?in temel kavramlar?

Termodinamik sistem- ?evreden zihinsel olarak veya fiilen izole edilmi?, etkile?im halinde olan bir v?cut veya v?cut grubu.

Homojen sistem– ?zellikleri farkl? olan sistemin par?alar?n? (fazlar?n?) ay?ran y?zeylerin bulunmad??? bir sistem.

Heterojen sistem- Sistemin farkl? ?zelliklere sahip k?s?mlar?n? ay?ran y?zeylerin bulundu?u bir sistem.

Faz- heterojen bir sistemin fiziksel ve kimyasal ?zellikleri ayn? olan, sistemin di?er k?s?mlar?ndan g?r?n?r aray?zlerle ayr?lan bir dizi homojen par?a.

Yal?t?lm?? sistem- ?evreyle madde veya enerji al??veri?i yapmayan bir sistem.

Kapal? sistem- ?evreyle enerji al??veri?i yapan ancak madde al??veri?i yapmayan bir sistem.

A??k sistem- ?evreyle hem madde hem de enerji al??veri?i yapan bir sistem.

Bir sistemin t?m fiziksel ve kimyasal ?zelliklerinin toplam? onu karakterize eder. termodinamik durum. S?z konusu sistemin herhangi bir makroskobik ?zelli?ini karakterize eden t?m miktarlar, durum parametreleri. Belirli bir sistemi kesin olarak karakterize etmek i?in, ad? verilen belirli say?da parametrenin kullan?lmas?n?n gerekli oldu?u deneysel olarak tespit edilmi?tir. ba??ms?z; di?er t?m parametreler ba??ms?z parametrelerin fonksiyonlar? olarak kabul edilir. S?cakl?k, bas?n?, konsantrasyon vb. gibi do?rudan ?l??lebilen parametreler genellikle ba??ms?z durum parametreleri olarak se?ilir. Bir sistemin termodinamik durumundaki herhangi bir de?i?iklik (en az bir durum parametresindeki de?i?iklik) termodinamik s?re?.

Tersine ?evrilebilir s?re?- Ortamda herhangi bir de?i?iklik kalmadan sistemin orijinal durumuna geri d?nmesini sa?layan bir s?re?.

Denge s?reci– Bir sistemin s?rekli bir dizi denge durumundan ge?ti?i bir s?re?.

Enerji– sistemin i? yapma yetene?inin bir ?l??s?; Maddenin hareketinin ve etkile?iminin genel niteliksel ?l??s?. Enerji maddenin ayr?lmaz bir ?zelli?idir. Bir cismin belirli kuvvetler alan?ndaki konumundan kaynaklanan potansiyel enerji ile cismin uzaydaki konumunda bir de?i?iklikten kaynaklanan kinetik enerji aras?nda bir ayr?m yap?l?r.

Sistemin i? enerjisi– sistemi olu?turan t?m par?ac?klar?n kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplam?. Bir sistemin i? enerjisini, sistemin toplam enerjisinden bir b?t?n olarak sistemin kinetik ve potansiyel enerjisinin ??kar?lmas?yla da tan?mlayabilirsiniz.

Enerji ge?i? bi?imleri

Bir sistemden di?erine enerji aktar?m bi?imleri iki gruba ayr?labilir.

Birinci grup, temas halindeki iki cismin molek?llerinin kaotik ?arp??malar? yoluyla yaln?zca bir hareket ge?i?i bi?imini i?erir; termal iletimle (ve ayn? zamanda radyasyonla). Bu ?ekilde iletilen hareketin ?l??s? ?s?d?r. Is?, molek?llerin d?zensiz hareketi yoluyla bir enerji aktar?m ?eklidir.
?kinci grup, ?e?itli hareket ge?i? bi?imlerini i?erir; bunlar?n ortak ?zelli?i, herhangi bir kuvvetin etkisi alt?nda ?ok say?da molek?l? (yani makroskobik k?tleleri) kapsayan k?tlelerin hareketidir. Bunlar, cisimlerin yer?ekimi alan?nda kald?r?lmas?, belirli bir miktardaki elektri?in daha y?ksek bir elektrostatik potansiyelden daha k???k bir elektrostatik potansiyele ge?i?i, bir gaz?n bas?n? alt?nda genle?mesi vb.'dir. Bu t?r y?ntemlerle iletilen hareketin genel ?l??s? i?'tir. - par?ac?klar?n d?zenli hareketi yoluyla bir t?r enerji aktar?m?.

Is? ve i?, maddi d?nyan?n belirli bir k?sm?ndan di?erine hareketin niteliksel ve niceliksel olarak iki farkl? aktar?m bi?imini karakterize eder. Is? ve i? v?cutta tutulamaz. Is? ve i? yaln?zca bir s?re? meydana geldi?inde ortaya ??kar ve yaln?zca s?reci karakterize eder. Statik ko?ullar alt?nda ?s? ve i? yoktur. Termodinami?in ba?lang?? noktas? olarak kabul etti?i ?s? ile i? aras?ndaki fark ve ?s? ile i?in kar??tl??? ancak ?ok say?da molek?lden olu?an cisimler i?in anlaml?d?r, ??nk? tek bir molek?l i?in veya birka? molek?lden olu?an bir topluluk i?in ?s? ve i? kavramlar? anlam?n? yitirir. Bu nedenle termodinamik yaln?zca ?ok say?da molek?lden olu?an cisimleri dikkate al?r; makroskobik sistemler denir.

Termodinami?in ?? prensibi

Termodinami?in ilkeleri, termodinami?in alt?nda yatan bir dizi varsay?md?r. Bu h?k?mler bilimsel ara?t?rmalar sonucunda olu?turulmu? ve deneysel olarak kan?tlanm??t?r. Termodinami?in aksiyomatik olarak in?a edilebilmesi i?in varsay?mlar olarak kabul edilirler.

Termodinami?in ilkelerine duyulan ihtiya?, termodinami?in, sistemlerin makroskobik parametrelerini, mikroskobik yap?lar?na ili?kin ?zel varsay?mlar olmaks?z?n tan?mlamas?ndan kaynaklanmaktad?r. ?statistiksel fizik i? yap? konular?yla ilgilenir.

Termodinami?in ilkeleri ba??ms?zd?r, yani hi?biri di?er ilkelerden t?retilemez. Newton'un mekanikteki ?? yasas?n?n analoglar?, termodinamikte “?s?” ve “i?” kavramlar?n? birbirine ba?layan ?? prensiptir:

Termodinami?in s?f?r yasas? termodinamik dengeden bahseder.
Termodinami?in birinci yasas? enerjinin korunumuyla ilgilidir.
Termodinami?in ikinci yasas? ?s? ak???yla ilgilidir.
Termodinami?in ???nc? yasas? mutlak s?f?r?n ula??lamazl???yla ilgilidir.

Termodinami?in genel (s?f?r) yasas?

Termodinami?in genel (s?f?r) yasas?, iki cismin birbirlerine ?s? aktarabilmeleri durumunda termal denge durumunda oldu?unu belirtir ancak bu ger?ekle?mez.

S?cakl?klar? e?it olan iki cismin birbirine ?s? aktarmad???n? tahmin etmek zor de?il. ?rne?in, bir insan v?cudunun s?cakl???n? termometre kullanarak ?l?erseniz (?l??m sonunda ki?inin s?cakl??? ile termometrenin s?cakl??? e?it olacakt?r) ve daha sonra ayn? termometreyi kullanarak s?cakl??? ?l?erseniz Banyodaki suyun ?s?s? e?itse ve her iki s?cakl???n da ?rt??t??? ortaya ??karsa (ki?i ile termometre aras?nda ve termometre ile su aras?nda termal denge vard?r), ki?inin banyodaki suyla termal dengede oldu?unu s?yleyebiliriz.

Yukar?dan yola ??karak termodinami?in s?f?r yasas?n? ?u ?ekilde form?le edebiliriz: ???nc?s? ile termal dengede olan iki cisim, ayn? zamanda birbirleriyle de termal dengededir.

Fiziksel a??dan bak?ld???nda, ayn? s?cakl??a sahip iki cisim aras?nda ?s? ak??? olmad???ndan termodinami?in s?f?r yasas? referans noktas?n? belirler. Yani s?cakl???n termal dengenin bir g?stergesinden ba?ka bir ?ey olmad???n? s?yleyebiliriz.

Termodinami?in birinci yasas?

Termodinami?in birinci yasas?, enerjinin iz b?rakmadan yok olmad???n? ifade eden termal enerjinin korunumu yasas?d?r.

Sistem, ?evredeki cisimler ?zerinde W i?i yaparken (veya ?evredeki cisimler sistem ?zerinde i? yaparken) termal enerji Q'yu emebilir veya serbest b?rakabilir ve sistemin ba?lang?? de?eri Birim olan i? enerjisi ?u ?ekilde olacakt?r: Uend'e e?it:

Uend-Ustart = DU = Q-W

Sabit bir de?er olan sistemin toplam enerjisini termal enerji, i? ve i? enerji belirler. Sistemden belirli bir miktarda termal enerji Q aktar?l?rsa (uzakla?t?r?l?rsa), i? olmad???nda, U sisteminin i? enerji miktar? Q kadar artacakt?r (azalacakt?r).

Termodinami?in ikinci yasas?

Termodinami?in ikinci yasas?, termal enerjinin yaln?zca bir y?nde hareket edebilece?ini belirtir - daha y?ksek s?cakl?ktaki bir cisimden daha d???k s?cakl?ktaki bir cisime do?ru, ancak bunun tersi m?mk?n de?ildir.

Termodinami?in ???nc? yasas?

Termodinami?in ???nc? yasas?, sonlu say?da a?amadan olu?an herhangi bir s?recin mutlak s?f?r s?cakl???na ula?mas?na izin vermeyece?ini belirtir (buna ?nemli ?l??de yakla??labilmesine ra?men).

girii?

Teknik termodinamik disiplinleri ve ?s? ve k?tle transferi teorisi, "Enerji M?hendisli?i" ve "Termal Enerji M?hendisli?i" alanlar?ndaki ?zel ?evrim disiplinlerinde uzmanla?mak i?in teorik temeli olu?turur.

Birinci b?l?mde termodinami?in temel kavramlar?, termodinami?in birinci yasas?n?n kapal?, a??k termodinamik sistemlere ve de?i?ken k?tleli sistemlere uygulanmas? incelenmektedir. Makroskobik sistemlerde denge durumlar? ve yar? denge s?re?leri incelenir. Termodinami?in ikinci yasas?na ve bunun tersinmez s?re?lere uygulanmas?na b?y?k ?nem verilmi?, tersinmezli?in nedenleri ve sistemin performans (ekserji) kayb?na etkisi ortaya ??kar?lm??t?r. Gaz ?evrimleri ve jet motorlar? ayr?nt?l? olarak ele al?nmaktad?r. Homojen ve iki fazl? sistemlerde denge ko?ullar?na, d?z ve e?ri faz s?n?rlar?nda faz ge?i?lerine dikkat edilir. Yeni bir a?aman?n olu?um teorisinin ana h?k?mleri verilmi?tir. Ger?ek gaz ve buharlar?n ?zellikleri, ger?ek gaz ve buharlar?n k?s?lmas? sorunlar?, buhar ve nemli havada meydana gelen s?re?ler dikkate al?n?r. Termik santrallerin buhar ve kombine ?evrimleri hakk?nda olduk?a ayr?nt?l? materyal sunulmakta, verimliliklerini art?rman?n yollar? dikkate al?nmakta ve entropi ve ekserjetik y?ntemler kullan?larak geri d?n??? olmayan kay?plar dikkate al?narak buhar t?rbini ve gaz t?rbini tesislerinin ?evrimlerinin analizi yap?lmaktad?r. . Is?n?n do?rudan elektrik enerjisine d?n??t?r?lmesiyle ilgili konular, plazman?n durumu ve i?indeki s?re?ler dikkate al?nmaks?z?n basitle?tirilmi? termal diyagramlar temelinde ?zet ?eklinde sunulmaktad?r. Termoelektrik jenerat?r?n temelleri verilmi?tir. So?utma makinelerinin, ?s? pompalar?n?n ideal ?evrimleri ve gaz s?v?la?t?rma y?ntemleri dikkate al?n?r. “Kimyasal Termodinami?in Temelleri” b?l?m?, baz? maddelerin di?erlerine d?n???m s?re?leriyle ilgili yasa ve d?zenlemeleri ortaya koymaktad?r. Dengesizlik termodinami?inin temel kavramlar? verilmi?tir. Ek I'de, ?s? geri kazan?ml? bir gaz t?rbini ?nitesi ve ?al??ma ak??kan? parametrelerinin optimizasyonu ile bir buhar t?rbini ?nitesi i?in, jeotermal termik santral ?rne?ini kullanarak bilgisayar hesaplama programlar? sa?lanmaktad?r. Termodinami?in geli?im yasalar?n?n, y?ntemlerinin ve tarihinin daha ayr?nt?l? incelenmesi i?in bir referans listesi verilmi?tir.

Dersin ikinci k?sm? do?ada ?s? ve k?tle transferi teorisinin temel yasalar?n? ve ilkelerini i?ermekte olup, sabit ve dura?an olmayan ?s?l iletkenlik, homojen ortamlarda konvektif ?s? transferi, bir maddenin toplu haldeyken ?s? transferi gibi b?l?mleri i?ermektedir. madde de?i?imleri, iki bile?enli ortamlarda k?tle transferi, radyant ?s? transferi, rek?peratif tip ?s? de?i?tiricilerin hesaplanmas?n?n temelleri.

Do?ada meydana gelen ana ?s? ve k?tle transferi olaylar?, hesaplama form?llerinin al?nmas?yla basitle?tirilmi? fiziksel modeller temelinde yeterince ayr?nt?l? olarak ele al?nmaktad?r. Bu akademik yakla??m, bizce ??rencide yarat?c? d???ncenin geli?mesine katk?da bulunur: Fiziksel bir modelin nas?l olu?turuldu?unu, analitik bir ??z?m elde etmek i?in makul varsay?mlar getirilerek nas?l basitle?tirildi?ini g?r?r.

Bilgisayar kullanmadan bilimsel ve m?hendislik problemlerini ??zmeyi hayal etmek ?u anda zor oldu?undan, "Is? iletimi problemlerini ??zmek i?in say?sal y?ntemler" b?l?m?, incelenen v?cudun ?e?itli "d???mleri" i?in denklemlerin sonlu farklar bi?iminde nas?l olu?turuldu?unu g?sterir. . Fark ?emalar?n?n istikrar? konular? dikkate al?nmaktad?r. Ek II'de, yinelemeli ve matris y?ntemleri kullan?larak iki boyutlu bir s?cakl?k alan?n?n hesaplanmas?na y?nelik programlar?n yan? s?ra, y?ntem ?zerinde ders ?al??mas? yapmak amac?yla bir ?s? e?anj?r?n?n hesaplanmas?na y?nelik program metni sa?lanmaktad?r.

Derslerin sonunda verilen referans listesi, ??rencinin kendisini ilgilendiren konular? daha derinlemesine incelemesine olanak tan?r ve baz? durumlarda ?zet ?eklinde sunulur.

B?l?m I. Teknik termodinamik

1. Termodinami?in temel kavramlar?

Termodinamik, termal etkilerin e?lik etti?i ?e?itli s?re?lerde enerji d?n???m yasalar?n? inceleyen bir bilimdir. Termodinamik t?mdengelimli bir bilimdir: do?an?n temel yasalar?na (termodinami?in birinci ve ikinci ilkeleri) dayan?r ve do?as? gere?i fenomenolojiktir, ara?t?rmas? i?in deneysel verilerden yararlan?r.

Termodinami?in geli?iminin k?sa tarihsel tasla??

Bir bilim olarak termodinamik, 19. y?zy?l?n ba??nda ortaya ??kt?. ??zmesi gereken temel g?revler, ?s? ile i? aras?nda niceliksel bir ba?lant? kurmak ve end?stride yayg?n olarak kullan?lan buhar motorlar?n?n termal verimlili?ini artt?rmakt?. 1824 y?l?nda Frans?z m?hendis Sadi Carnot “Ate?in itici g?c? ve bu kuvveti geli?tirebilen makineler ?zerine d???nceler” adl? bir inceleme yay?nlad??11?. Bu bilimsel ?al??mas?nda “ate?in itici g?c?n?n” (i?in) “s?cak” ve “so?uk” ?s? kaynaklar?n?n s?cakl???na ba?l? oldu?unu ve y?ksek bas?n?l? buhar motorlar?n?n daha verimli oldu?unu ilk kez kan?tl?yor. ona g?re, "... 'kaloride' daha b?y?k bir d???? (kalori, n?fuz eden maddenin tamam? anlam?na geliyordu)." O zaman bile, itici g?? kayb?n?n nedenleri hakk?nda yaz?yor: "... kalori dengesinin i?e yaramaz bir ?ekilde yeniden sa?lanmas?ndan." B?ylece Carnot'un ?al??mas? termodinami?in birinci ve ikinci yasalar?n?n temel ilkelerini ortaya koydu.

1842'de Robert Mayer, ?s?n?n mekanik e?de?erini belirleyerek ?s? ve i? aras?ndaki ba?lant?y? kurdu. 1843'te James Joule, benzersiz bir deney yapt?ktan sonra i?in termal e?de?erini buldu. de?eri bug?ne kadar neredeyse hi? de?i?medi. Mayer ve Joule'?n ?al??malar?, termodinami?in birinci yasas?n?n ?zel bir durumunu ortaya koyuyor; bu yasa, enerjinin korunumu ve d?n???m?n?n niceliksel y?n?n? yans?t?yor.

1854 y?l?nda Rudolf Clausius, tersinir bir dairesel s?reci g?z ?n?nde bulundurarak termodinami?e yeni bir durum fonksiyonu olan entropiyi tan?tt?. S ve b?ylece tersinir s?re?ler i?in termodinami?in ikinci yasas?n? olu?turur. Daha sonra Max Planck doktora tezinde entropinin tersinmez s?re?lerin analizinde kullan?labilece?ini g?sterir (Robert Kirchhoff bununla ayn? fikirde de?ildi)14?. Genel durumda, ikinci prensip, enerji d?n???m? s?re?lerinin niteliksel y?n?n? ?ekillendirir ve karakterize eder.

William Thomson (Lord Kelvin), termodinamik potansiyel olan mutlak (termodinamik) s?cakl?k kavram?n? tan?tmaktad?r.

Josiah Willard Gibbs yeni bir termodinamik ara?t?rma y?ntemi yarat?yor - termodinamik potansiyeller y?ntemi, termodinamik denge ko?ullar?n? olu?turuyor. Faz ge?i?leri teorisini geli?tirir (Gibbs faz kural?).

1906'da Walter Hermann Nernst (1864-1941), deneysel verilere dayanarak termodinami?in ???nc? yasas?n? (Nernst teoremi) ke?fetti. Bu teoreme g?re, mutlak s?f?ra yakla?an s?cakl?klarda, denge izotermal s?re?leri entropide bir de?i?iklik olmadan meydana gelir; . Bu durumda entropi, durumun bir fonksiyonu olmaktan ??kar ve durumun parametrelerine ba?l? olmayan sabit bir de?ere y?nelir.

D.I. Mendeleev'in ?al??malar?nda ilk kez y?zey gerilim katsay?s?n?n s?f?r oldu?u “kritik s?cakl?k” kullan?ld?.

V.A. Mikhelson ve B.B. Golitsyn radyasyonun termodinami?ine ?nemli katk?larda bulundu.

Rus bilim adamlar? da termodinami?in geli?imine b?y?k katk?larda bulundular: D.P. Konovalov ve N.S. Kurnakov (fiziksel kimyada termodinamik y?ntemler), N.N. Bogolyubov ve M.A. Leontovich (istatistiksel termodinamik, dengesiz durumlar), L.D. Landau (s?per ak??kanl?k teorisi), V.K. Semenchenko (??z?mlerin termodinamik teorisi).

Termodinamik sistem

Bir termodinamik sistem, kendileri ve ?evre aras?nda termal ve mekanik etkile?im i?inde olan bir dizi makro cisim olarak anla??lmaktad?r. Bir termodinamik sistem (TS), i?inden bir k?tle ak??? ge?ti?inde kapal? (hareketli veya sabit s?n?rlarla) ve a??labilir. Ara? ?evre ile ?s? al??veri?i yapm?yorsa b?yle bir sisteme adyabatik denir. TS homojen ve heterojen olabilir. Homojen bir sistemde, maddenin ?zellikleri her noktada de?i?meden kal?r veya ?rne?in yer?ekimi veya di?er k?tle kuvvetleri alan?nda d?zg?n bir ?ekilde de?i?ir. Bir ara? farkl? fiziksel ?zelliklere sahip alt sistemlerden olu?uyorsa b?yle bir sisteme heterojen denir. Bu durumda alt sistemlerin s?n?rlar?ndaki fiziksel ?zelliklerin aniden de?i?ti?ine inan?lmaktad?r. Ger?ekte ?zelliklerdeki de?i?iklik molek?l?n ortalama serbest yolunda meydana gelir.

Termodinamik ara?t?rma y?ntemi

Termodinamik, ?ok say?da fakat sonlu say?da par?ac?ktan olu?an sistemleri dikkate al?r; s?re?leri molek?ler d?zeyde incelemez ve makro niceliklerle, yani termodinamik parametrelerle ?al???r.

Termodinamik s?re?

Bir termodinamik sistemden ge?en ard???k durumlar k?mesine termodinamik s?re? denir. Ara? neredeyse denge durumlar?ndan ge?iyorsa b?yle bir i?leme yar? statik denir. Limitte, s?re? sonsuz yava?l?kta ilerledi?inde, dengede veya tersine ?evrilebilir bir s?re? elde ederiz. Genel olarak tersinir derken, do?rudan ve ters bir i?lem ger?ekle?tirirken arac?n orijinal durumuna d?nd??? ve ortamda herhangi bir de?i?iklik meydana gelmedi?i b?yle bir s?reci kastediyoruz. Faz diyagramlar?nda yaln?zca yar? statik veya denge s?re?leri g?sterilebilir. Yar? statik bir s?re?, s?re? h?z?n?n gev?eme h?z?ndan ?ok daha az oldu?u bir s?re? olarak anla??lmaktad?r.

Nerede A- herhangi bir termodinamik parametre ( P, T, v) ;? - zaman; - gev?eme s?resi - arac?n t?m noktalar?nda termodinamik dengenin kuruldu?u s?re, yani ayn? fiziksel ?zelliklere sahip olaca??m?z s?re (gazlar i?in?saniye).

Termodinamik sistemin parametreleri

Bunlar bir termodinamik sistemin fiziksel durumunu karakterize eden makro miktarlard?r. Bunlar ?unlar? i?erir: s?cakl?k T, bas?n? - P, hacim - V(termal parametreler).

S?cakl?k ana termal parametrelerden biridir. S?cakl?k v?cudun ?s?s?n?n bir ?l??s?d?r. Bir termometre ile ?l??len v?cut s?cakl???na ampirik ( T). Mutlak s?cakl?k kavram?na ( T) gazlar?n kinetik teorisi taraf?ndan verilir. Molek?llerin ?teleme hareketinin ortalama kinetik enerjisi ile s?cakl?k aras?nda bir ili?ki vard?r.

(1.2)

Nerede M- molek?l?n k?tlesi;
- molek?llerin ortalama ?teleme hareketi h?z?; k= 1,38 ?10 - 23 - Boltzmann sabiti (gaz molek?l? ba??na evrensel gaz sabiti); R 0 = 8314 - evrensel gaz sabiti; N 0 = 6,0228?10 26 - Avogadro say?s? (bir kilomoldeki molek?l say?s?). (1.2)'den ?u sonu? ??k?yor T ?ok say?da molek?l?n durumunu karakterize eden istatistiksel bir niceliktir. Santigrat derece cinsinden ?l??len mutlak ve ampirik s?cakl?k aras?nda bir ili?ki vard?r.

(1.3)

Bas?n? S?cakl?k gibi istatistiksel bir miktard?r. Molek?ler fizik dersinden, bir kab?n duvarlar?ndaki gaz bas?nc?n?n a?a??daki form?l kullan?larak hesaplanabilece?i bilinmektedir.

H/m2 (1,4)

Nerede N =N 0 /V? bir kilomol hacimde bulunan molek?llerin say?s?d?r;

V? = 22,4 m3 / kmol - normal ko?ullar alt?nda bir kilomol?n hacmi ( P N= 760 mm. Hg Sanat. = 1.013?10 5 Pa, T N= 0 C) ;? - s?k??t?r?labilirlik katsay?s?.

(1.2)'yi hesaba katarak (1.4)'? yeniden yaz?yoruz.

. (1.5)

Molek?lleri k?tleli ve hacimsiz maddi noktalar olarak temsil edilen ve etkile?imin yaln?zca elastik ?arp??malar nedeniyle (? = 1) ger?ekle?ti?i ideal bir gaz i?in ?unu yazabiliriz:

pV ? =R 0 T. (1.6)

?fade (1.6), bir kilomol i?in ideal bir gaz?n durumunun termal denklemidir. ??in M kilomol

pV = BAY. 0 T. (1.7)

(1.7) formundaki durum denklemine Clapeyron-Mendeleev denir.

Gaz?n k?tlesinden beri

G=M? , (1.8)

Nerede ? gaz?n molek?ler k?tlesi, kg/kmol ve R = R 0 / ? , o zaman (1.7) Clapeyron formunda yeniden yaz?labilir.

pV = GRT. (1.9)

Denklemi (1.9) gaz k?tlesine b?lerek ?unu elde ederiz:

pv = RT,

Nerede v = V/ G- gaz?n ?zg?l hacmi, m3 /kg. Gaz?n ?zg?l hacmi a?a??daki ili?ki ile yo?unlukla ili?kilidir: ? = 1/ v, Daha sonra

P = ? RT. (1.10)

Bu nedenle ideal bir gaz?n yo?unlu?u ve s?cakl??? ne kadar y?ksek olursa bas?n? da o kadar b?y?k olur. Hal denkleminde yer alan bas?nca mutlak denir ve Pascal (Pa=N/m2) cinsinden ?l??l?r. Kaptaki gaz bas?nc? ortam bas?nc?ndan y?ksekse R i?letim sistemi (barometrik bas?n?), ard?ndan mutlak bas?n?

p=p Adam + p i?letim sistemi , (1.11)

Nerede R Adam =p kul?be - bas?n? bir manometre ile ?l??l?r (bir manometre, kaptaki bas?n? ile ortam aras?ndaki a??r? bas?nc? ?l?er).

Kaptaki gaz bas?nc?n?n ortam bas?nc?ndan d???k olmas? durumunda vakum ?l?er kullan?l?r, ard?ndan

p=p i?letim sistemi - R bo?. (1.12)

Yukar?dakiler grafiksel olarak sunulabilir (bkz. ?ekil 1.1).

Spesifik hacim birlikte T Ve R, V?cudun fiziksel durumunu karakterize eder

(1.13)

Termodinamik parametreler (TP) kapsaml? veya yo?un olabilir. Kapsaml? parametreler gaz?n i? enerjisini i?erir sen, entalpi BEN = sen + pV, entropi S. Bu parametrelerin toplanabilirlik ?zellikleri vard?r (eklenebilirler). Yo?un parametreler P, T, belirli hacim v - toplanabilirlik ?zellikleri yoktur.