Kirish. Issiqlik texnikasi fan. Asosiy tushunchalar va ta'riflar. Termodinamik tizim. Holat variantlari. Harorat. Bosim. Maxsus hajm. Davlat tenglamasi. Van der Vaals tenglamasi .

Birliklar orasidagi nisbat:

1 bar = 10 5 Pa

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

1 mm Hg st (simob millimetri) = 133 Pa

1 mm w.c. Art. (suv ustunining millimetri) = 9,8067 Pa

Zichlik - moddaning massasining u egallagan hajmiga nisbati.

Maxsus hajm - zichlikning o'zaro ta'siri, ya'ni. modda egallagan hajmning uning massasiga nisbati.

Ta'rif: Agar termodinamik tizimda tizimga kiradigan har qanday jismning parametrlaridan kamida bittasi o'zgarsa, u holda termodinamik jarayon .

Holatning asosiy termodinamik parametrlari P, V, T Bir hil jismlar bir-biriga bog'liq va holat tenglamasi bilan o'zaro bog'liq:

F(P, V, T)

Ideal gaz uchun holat tenglamasi quyidagicha yoziladi:

P- bosim

v- o'ziga xos hajm

T- harorat

R- gaz konstantasi (har bir gazning o'z qiymati bor)

Agar holat tenglamasi ma'lum bo'lsa, u holda eng oddiy tizimlarning holatini aniqlash uchun 3 dan ikkita mustaqil o'zgaruvchini bilish kifoya.

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

Termodinamik jarayonlar ko'pincha holat grafiklarida tasvirlanadi, bu erda holat parametrlari o'qlar bo'ylab chiziladi. Bunday grafikning tekisligidagi nuqtalar tizimning ma'lum bir holatiga mos keladi, grafikdagi chiziqlar tizimni bir holatdan ikkinchi holatga o'tkazadigan termodinamik jarayonlarga mos keladi.

Porshenli idishdagi qandaydir gazning bir tanasidan tashkil topgan termodinamik tizimni ko'rib chiqaylik va bu holda idish va piston tashqi muhit hisoblanadi.

Misol uchun, idishdagi gaz qizdirilsin, ikkita holat mumkin:

1) Agar piston sobit bo'lsa va hajmi o'zgarmasa, idishdagi bosimning oshishi kuzatiladi. Bunday jarayon deyiladi izoxorik(v = const) doimiy hajmda ketadi;

Guruch. 1.1. Izokorik jarayonlar P-T koordinatalar: v1 >v2 >v3

2) Agar piston bo'sh bo'lsa, u holda qizdirilgan gaz kengayadi, doimiy bosimda, bu jarayon deyiladi izobarik (P= const), doimiy bosim ostida.

Guruch. 1.2 Izobarik jarayonlar v - T koordinatalar: P1>P2>P3

Agar pistonni siljitish orqali siz idishdagi gaz hajmini o'zgartirsangiz, u holda gazning harorati ham o'zgaradi, ammo gazni siqish paytida idishni sovutish va kengayish paytida isitish orqali siz haroratning o'zgarishiga erishishingiz mumkin. hajm va bosimning o'zgarishi bilan doimiy bo'lsin, bunday jarayon deyiladi izotermik (T= const).

Guruch. 1.3 Izotermik jarayonlar P-v koordinatalar: T 1 >T 2 >T 3

Tizim va atrof-muhit o'rtasida issiqlik almashinuvi bo'lmagan jarayon deyiladi adiabatik, tizimdagi issiqlik miqdori doimiy bo'lib qoladi ( Q= const). Haqiqiy hayotda adiabatik jarayonlar mavjud emas, chunki tizimni atrof-muhitdan to'liq izolyatsiya qilish mumkin emas. Biroq, ko'pincha jarayonlar sodir bo'ladi, bunda atrof-muhit bilan issiqlik almashinuvi juda kichik bo'ladi, masalan, piston va idishning isishi tufayli issiqlikni olib tashlash uchun vaqt bo'lmaganda, idishdagi gazni piston bilan tez siqish.

Guruch. 1.4 dagi adiabatik jarayonning taxminiy grafigi P-v koordinatalar.

Ta'rif: doiraviy jarayon (tsikl) - tizimni dastlabki holatiga qaytaruvchi jarayonlar majmuidir. Alohida jarayonlar soni tsikldagi istalgan raqam bo'lishi mumkin.

Aylanma jarayon tushunchasi biz uchun termodinamikada muhim ahamiyatga ega, chunki atom elektr stansiyasining ishlashi bug‘-suv aylanishiga asoslangan, boshqacha qilib aytganda, yadrodagi suvning bug‘lanishi, turbinaning aylanishini ko‘rib chiqishimiz mumkin. bug 'bilan rotor, bug'ning kondensatsiyasi va suvning yadroga oqib o'tishi o'ziga xos yopiq termodinamik jarayon yoki tsikl sifatida.

Ta'rif: ishchi organ - termodinamik siklda qatnashib foydali ish bajaradigan ma'lum miqdordagi modda. RBMK reaktor zavodidagi ishchi suyuqlik suv bo'lib, u yadroda bug 'shaklida bug'langandan so'ng, turbinada ishlaydi, rotorni aylantiradi.

Ta'rif: Termodinamik jarayonda ishlaydigan suyuqlik hajmining o'zgarishi, tashqi makonda harakati yoki holatining o'zgarishi bilan bog'liq bo'lgan energiyaning bir jismdan ikkinchisiga o'tishi deyiladi. jarayon ishi .

Termodinamik tizim

Texnik termodinamika (t / d) issiqlikning o'zaro ishlashga aylanishi qonunlarini ko'rib chiqadi. U issiqlik va sovutish mashinalarida sodir bo'ladigan issiqlik, mexanik va kimyoviy jarayonlar o'rtasidagi bog'liqlikni o'rnatadi, gazlar va bug'larda sodir bo'ladigan jarayonlarni, shuningdek, turli fizik sharoitlarda bu jismlarning xususiyatlarini o'rganadi.

Termodinamika termodinamikaning ikkita asosiy qonuniga (boshlanishiga) asoslanadi:

Termodinamikaning I qonuni- energiyaning o'zgarishi va saqlanish qonuni;

Termodinamikaning II qonuni- ko'p sonli zarrachalardan tashkil topgan tizimlarda makroskopik jarayonlarning oqimi va yo'nalishi uchun shart-sharoitlarni o'rnatadi.

Texnik t/d, issiqlikni mexanik ishga aylantirish jarayonlariga va aksincha, asosiy qonunlarni qo'llash issiqlik dvigatellari nazariyalarini ishlab chiqish, ularda sodir bo'ladigan jarayonlarni o'rganish va h.k. imkonini beradi.

Tadqiqot ob'ekti termodinamik tizim, jismlar guruhi, tana yoki tananing bir qismi bo'lishi mumkin. Tizimdan tashqarida bo'lgan narsa deyiladi muhit. T/D tizimi - bu bir-biri bilan va atrof-muhit bilan energiya almashadigan makroskopik jismlar to'plami. Masalan: t / d tizimi - pistonli silindrda joylashgan gaz va atrof-muhit - silindr, piston, havo, xonaning devorlari.

izolyatsiya qilingan tizim - atrof-muhit bilan o'zaro ta'sir qilmaydigan t / d tizimi.

Adiabatik (issiqlik izolyatsiyalangan) tizim - tizimda adiabatik qobiq mavjud bo'lib, u atrof-muhit bilan issiqlik almashinuvini (issiqlik almashinuvini) istisno qiladi.

bir hil tizim - barcha qismlarida bir xil tarkibga va fizik xususiyatlarga ega bo'lgan tizim.

bir hil tizim - tarkibi va jismoniy tuzilishi bo'yicha bir hil tizim, uning ichida interfeyslar (muz, suv, gazlar) mavjud emas.

heterojen tizim - bir-biridan ko'rinadigan interfeyslar (muz va suv, suv va bug') bilan ajratilgan, turli xil jismoniy xususiyatlarga ega bo'lgan bir nechta bir xil qismlardan (fazalardan) iborat tizim.
Issiqlik dvigatellarida (dvigatellarda) mexanik ishlar ishchi suyuqliklar - gaz, bug 'yordamida amalga oshiriladi.

Har bir tizimning xossalari odatda termodinamik parametrlar deb ataladigan bir qancha miqdorlar bilan tavsiflanadi. Keling, ularning ba'zilarini fizika kursidan ma'lum bo'lgan molekulyar-kinetik tushunchalardan foydalanib, ideal gaz g'oyib bo'ladigan darajada kichik o'lchamlarga ega bo'lgan, tasodifiy issiqlik harakatida bo'lgan va faqat to'qnashuv paytida bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiladigan molekulalar to'plami sifatida ko'rib chiqaylik.

Bosim ishchi suyuqlik molekulalarining sirt bilan o'zaro ta'siridan kelib chiqadi va son jihatdan tananing birlik yuzasiga normaldan ikkinchisiga qadar ta'sir qiluvchi kuchga teng. Molekulyar kinetik nazariyaga muvofiq gaz bosimi munosabat bilan aniqlanadi

Qayerda n birlik hajmdagi molekulalar soni;

t- molekulaning massasi; 2 dan beri molekulalarning translatsiya harakatining ildiz o'rtacha kvadrat tezligidir.

Xalqaro birliklar tizimida (SI) bosim paskallarda ifodalanadi (1 Pa = 1 N/m2). Ushbu birlik kichik bo'lgani uchun 1 kPa = 1000 Pa va 1 MPa = 10 6 Pa dan foydalanish qulayroqdir.

Bosim manometrlar, barometrlar va vakuum o'lchagichlar yordamida o'lchanadi.

Suyuqlik va bahor bosim o'lchagichlari o'lchov bosimini o'lchaydi, bu umumiy yoki mutlaq bosim o'rtasidagi farqdir. R o'lchangan o'rta va atmosfera bosimi

p atm, ya'ni.

Atmosfera ostidagi bosimni o'lchash uchun asboblar vakuum o'lchagichlar deb ataladi; ularning ko'rsatkichlari vakuum (yoki vakuum) qiymatini beradi:

ya'ni atmosfera bosimining mutlaq bosimdan ortiqligi.

E'tibor bering, davlat parametri mutlaq bosimdir. Bu termodinamik tenglamalarga kiradi.

haroratfizik miqdor deb ataladi tananing isishi darajasini tavsiflovchi. Harorat tushunchasi quyidagi bayonotdan kelib chiqadi: agar ikkita tizim termal aloqada bo'lsa, unda ularning harorati teng bo'lmasa, ular bir-biri bilan issiqlik almashadilar, lekin ularning harorati teng bo'lsa, issiqlik almashinuvi bo'lmaydi.

Molekulyar kinetik tushunchalar nuqtai nazaridan harorat molekulalarning issiqlik harakati intensivligining o'lchovidir. Uning raqamli qiymati modda molekulalarining o'rtacha kinetik energiyasining qiymatiga bog'liq:

qayerda k Boltsman doimiysi 1,380662,10 ga tengmi? 23 J/K. Shu tarzda aniqlangan harorat T mutlaq deyiladi.

SI tizimida harorat birligi kelvin (K); amalda Selsiy darajasi (°C) keng qo'llaniladi. Mutlaq o'rtasidagi nisbat T va santigrad I haroratlar shaklga ega

Sanoat va laboratoriya sharoitida harorat suyuq termometrlar, pirometrlar, termojuftlar va boshqa asboblar yordamida o'lchanadi.

Maxsus hajm v— - moddaning massa birligiga to'g'ri keladigan hajm. Agar massaning bir hil tanasi bo'lsa M hajmni egallaydi v, keyin ta'rif bo'yicha

v= V/M.

SI tizimida o'ziga xos hajm birligi 1 m 3 / kg ni tashkil qiladi. Moddaning o'ziga xos hajmi va uning zichligi o'rtasida aniq bog'liqlik mavjud:

Xuddi shu holatlardagi tizimlarni tavsiflovchi miqdorlarni solishtirish uchun "normal jismoniy sharoitlar" tushunchasi kiritiladi:

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

Texnologiyaning turli sohalarida va turli mamlakatlarda ular o'zlarining yuqoridagi "normal sharoitlardan" biroz farq qiladigan, masalan, "texnik" ( p= 735,6 mmHg = 98 kPa, t= 15?C) yoki kompressorlarning ish faoliyatini baholash uchun normal shartlar ( p= 101,325 kPa, t\u003d 20? C) va boshqalar.

Agar barcha termodinamik parametrlar vaqt bo'yicha doimiy bo'lsa va tizimning barcha nuqtalarida bir xil bo'lsa, tizimning bu holati deyiladi. muvozanatli bahor.

Agar tizimning turli nuqtalari o'rtasida harorat, bosim va boshqa parametrlarda farqlar mavjud bo'lsa, u holda muvozanatsizlik. Bunday tizimda parametrlarning gradientlari ta'sirida issiqlik, moddalar va boshqalar oqimlari paydo bo'lib, uni muvozanat holatiga qaytarishga intiladi. Tajriba shuni ko'rsatadi izolyatsiya qilingan tizim doimo vaqt o'tishi bilan muvozanat holatiga keladi va undan hech qachon o'z-o'zidan chiqa olmaydi. Klassik termodinamikada faqat muvozanat tizimlari ko'rib chiqiladi.

Davlat tenglamasi. Muvozanatli termodinamik tizim uchun holat parametrlari o‘rtasida funksional bog‘liqlik mavjud bo‘lib, u deyiladi. holat tenglamasi. Tajriba shuni ko'rsatadiki, gazlar, bug'lar yoki suyuqliklar bo'lgan eng oddiy tizimlarning o'ziga xos hajmi, harorati va bosimi o'zaro bog'liqdir. termal tenglama ko'rish holati:

Holat tenglamasi boshqa shaklda berilishi mumkin:

Bu tenglamalar shuni ko'rsatadiki, tizimning holatini belgilovchi uchta asosiy parametrdan istalgan ikkitasi mustaqildir.

Masalalarni termodinamik usullar bilan yechish uchun holat tenglamasini bilish mutlaqo zarur. Biroq, uni termodinamika doirasida olish mumkin emas va uni eksperimental yoki statistik fizika usullari bilan topish kerak. Holat tenglamasining o'ziga xos shakli moddaning individual xususiyatlariga bog'liq.

Termodinamika - jismlarda sodir bo'ladigan issiqlik hodisalarini moddalarning molekulyar tuzilishi bilan bog'lamasdan o'rganadigan fan.

Termodinamikada shunday deb qaraladi jismlardagi barcha issiqlik jarayonlari faqat makroskopik parametrlar bilan tavsiflanadi- bosim, hajm va harorat. Va ularni alohida molekulalarga yoki atomlarga qo'llash mumkin emasligi sababli, molekulyar-kinetik nazariyadan farqli o'laroq, termodinamikada issiqlik jarayonlarida moddaning molekulyar tuzilishi hisobga olinmaydi.

Termodinamikaning barcha tushunchalari tajribalar jarayonida kuzatilgan faktlarni umumlashtirish sifatida shakllantiriladi. Shuning uchun u issiqlikning fenomenologik (tasviriy) nazariyasi deb ataladi.

Termodinamik tizimlar

Termodinamika makroskopik tizimlarda sodir bo'ladigan issiqlik jarayonlarini tavsiflaydi. Bunday tizimlar juda ko'p sonli zarrachalar - molekulalar va atomlardan iborat bo'lib, ular termodinamik deb ataladi.

termodinamik tizim yalang'och ko'z bilan yoki mikroskop, teleskop va boshqa optik asboblar yordamida ko'rish mumkin bo'lgan har qanday ob'ekt deb hisoblanishi mumkin. Asosiysi, tizimning kosmosdagi o'lchamlari va uning mavjud bo'lgan vaqti uning parametrlarini - harorat, bosim, massa, elementlarning kimyoviy tarkibi va boshqalarni ta'siriga javob bermaydigan asboblar yordamida o'lchash imkonini beradi. individual molekulalar (bosim o'lchagichlar, termometrlar va boshqalar).

Kimyogarlar uchun termodinamik tizim kimyoviy reaksiya jarayonida bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiladigan kimyoviy moddalar aralashmasidir. Astrofiziklar bunday tizimni samoviy jism deb atashadi. Avtomobil dvigatelidagi yoqilg'i va havo aralashmasi, globus, bizning tanamiz, yozuvchi ruchka, daftar, dastgoh va boshqalar ham termodinamik tizimlardir.

Har bir termodinamik tizim atrof-muhitdan chegaralar bilan ajratilgan. Ular haqiqiy bo'lishi mumkin - kimyoviy moddaga ega bo'lgan probirkaning shisha devorlari, dvigateldagi silindr korpusi va boshqalar. Va ular shartli bo'lishi mumkin, masalan, ular atmosferada bulut paydo bo'lishini o'rganishadi.

Agar bunday tizim atrof-muhit bilan energiya va modda almashmasa, u deyiladi izolyatsiya qilingan yoki yopiq .

Agar tizim tashqi muhit bilan energiya almashsa, lekin modda almashmasa, u deyiladi yopiq .

ochiq tizim atrof-muhit bilan energiya va moddalarni almashtiradi.

Termodinamik muvozanat

Bu tushuncha ham termodinamikaga tajriba natijalarini umumlashtirish sifatida kiritilgan.

Termodinamik muvozanat tizimning shunday holati deyiladiki, uning barcha makroskopik miqdorlari - harorat, bosim, hajm va entropiya - agar tizim izolyatsiya qilingan bo'lsa, vaqt o'tishi bilan o'zgarmaydi. Har qanday yopiq termodinamik tizim, agar barcha tashqi parametrlar doimiy bo'lib qolsa, o'z-o'zidan shunday holatga o'tishi mumkin.

Termodinamik muvozanatdagi tizimning eng oddiy misoli issiq choyli termosdir. Undagi harorat suyuqlikning istalgan nuqtasida bir xil bo'ladi. Garchi termosni faqat taxminan izolyatsiyalangan tizim deb atash mumkin.

Har qanday yopiq termodinamik tizim, agar tashqi parametrlar o'zgarmasa, o'z-o'zidan termodinamik muvozanatga kirishga intiladi.

Termodinamik jarayon

Agar makroskopik parametrlardan hech bo'lmaganda bittasi o'zgargan bo'lsa, ular tizimni shunday deyishadi termodinamik jarayon . Bunday jarayon tashqi parametrlar o'zgarganda yoki tizim energiya olishni yoki uzatishni boshlasa sodir bo'lishi mumkin. Natijada u boshqa holatga o'tadi.

Termosdagi choy misolini ko'rib chiqing. Agar biz bir parcha muzni choyga botirib, termosni yopsak, darhol suyuqlikning turli qismlarida haroratlarda farq bo'ladi. Termosdagi suyuqlik haroratni tenglashtirishga moyil bo'ladi. Yuqori haroratli joylardan issiqlik harorat pastroq bo'lgan joyga o'tkaziladi. Ya'ni, termodinamik jarayon sodir bo'ladi. Oxir-oqibat, termosdagi choyning harorati yana bir xil bo'ladi. Lekin u allaqachon dastlabki haroratdan farq qiladi. Tizimning holati o'zgargan, chunki uning harorati o'zgargan.

Termodinamik jarayon issiq kunda sohilda isitiladigan qum tunda soviganida sodir bo'ladi. Ertalab uning harorati pasayadi. Ammo quyosh chiqishi bilanoq isitish jarayoni yana boshlanadi.

Ichki energiya

Termodinamikaning asosiy tushunchalaridan biri ichki energiya .

Barcha makroskopik jismlar ichki energiyaga ega bo'lib, u tanani tashkil etuvchi barcha zarrachalarning (atom va molekulalarning) kinetik va potensial energiyalarining yig'indisidan iborat. Bu zarralar faqat bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiladi va atrof-muhit zarralari bilan o'zaro ta'sir qilmaydi. Ichki energiya zarrachalarning kinetik va potentsial energiyasiga bog'liq va tananing o'ziga bog'liq emas.

U = E k + E p

Ichki energiya harorat bilan o'zgaradi. Molekulyar kinetik nazariya buni modda zarrachalarining harakat tezligini o'zgartirish bilan izohlaydi. Agar tananing harorati ko'tarilsa, zarrachalarning harakat tezligi oshadi, ular orasidagi masofa katta bo'ladi. Binobarin, ularning kinetik va potentsial energiyasi ortadi. Harorat tushganda, teskari jarayon sodir bo'ladi.

Termodinamika uchun ichki energiyaning qiymati emas, balki uning o'zgarishi muhimroqdir. Va siz issiqlik uzatish jarayoni yordamida yoki mexanik ishlarni bajarish orqali ichki energiyani o'zgartirishingiz mumkin.

Mexanik ish orqali ichki energiyaning o'zgarishi

Benjamin Rumford

Jismning ichki energiyasini unga mexanik ishlarni bajarish orqali o'zgartirish mumkin. Agar tanada ish bajarilsa, mexanik energiya ichki energiyaga aylanadi. Va agar ish tana tomonidan bajarilsa, uning ichki energiyasi mexanik energiyaga aylanadi.

Deyarli 19-asrning oxirigacha issiqlikni tanadan tanaga o'tkazadigan juda muhim modda - kaloriya borligiga ishonishgan. Vujudga qancha kaloriya oqsa, u issiqroq bo'ladi va aksincha.

Biroq, 1798 yilda ingliz-amerikalik olim Count Benjamin Ramford kaloriya nazariyasiga shubha qila boshladi. Buning sababi burg'ulash paytida qurol barrellarining isishi edi. U isitishning sababi bochkada matkapning ishqalanishi paytida bajariladigan mexanik ish ekanligini taklif qildi.

Va Rumfoord tajriba o'tkazdi. Ishqalanish kuchini oshirish uchun ular to'mtoq matkapni oldilar va barrelning o'zi bir barrel suvga joylashtirildi. Burg'ulashning uchinchi soati oxiriga kelib, bochkadagi suv qaynay boshladi. Bu barrelda mexanik ish olib borilganda issiqlik qabul qilinganligini anglatadi.

Issiqlik uzatish

issiqlik uzatish issiqlik energiyasini (issiqlik) bir jismdan ikkinchisiga to'g'ridan-to'g'ri aloqa yoki ajratuvchi qism orqali o'tkazishning jismoniy jarayoni deb ataladi. Qoidaga ko'ra, issiqlik issiqroq tanadan sovuqroqqa o'tkaziladi. Bu jarayon tizim termodinamik muvozanat holatiga kelganda tugaydi.

Jismning issiqlik uzatish jarayonida oladigan yoki chiqaradigan energiya deyiladi issiqlik miqdori .

Issiqlik uzatish usuliga ko'ra, issiqlik uzatish 3 turga bo'linadi: issiqlik o'tkazuvchanligi, konventsiya, issiqlik nurlanishi.

Issiqlik o'tkazuvchanligi

Agar jismlar yoki jismlarning qismlari o'rtasida harorat farqi bo'lsa, ular o'rtasida issiqlik uzatish jarayoni sodir bo'ladi. issiqlik o'tkazuvchanligi ichki energiyani ko'proq qizdirilgan jismdan (yoki uning bir qismidan) kamroq isitiladigan jismga (yoki uning bir qismiga) o'tkazish jarayoni deb ataladi.

Misol uchun, po'lat barning bir uchini olovda qizdirsak, bir muncha vaqt o'tgach, uning ikkinchi uchi ham qizib ketishini his qilamiz.

Biz shisha tayoqchani osongina ushlab turamiz, uning bir uchi issiq, boshqa uchi bilan o'zimizni kuydirmasdan. Ammo xuddi shunday tajribani temir tayoq bilan amalga oshirishga harakat qilsak, muvaffaqiyatsiz bo'lamiz.

Turli moddalar issiqlikni boshqacha o'tkazadi. Ularning har biri o'ziga xos xususiyatlarga ega issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti, yoki o'tkazuvchanlik, 1 soniyada 1 m 2 maydoni bo'lgan 1 m qalinlikdagi namunadan o'tadigan issiqlik miqdori soniga teng. Harorat birligi sifatida 1 K qabul qilinadi.

Metall issiqlikni eng yaxshi o'tkazadi. Bu ularning mulki bo'lib, biz kundalik hayotda foydalanamiz, metall qozonlarda yoki kostryulkalarda pishiramiz. Ammo ularning tutqichlari qizib ketmasligi kerak. Shuning uchun ular issiqlik o'tkazuvchanligi past bo'lgan materiallardan tayyorlanadi.

Suyuqliklarning issiqlik o'tkazuvchanligi kamroq. Va gazlar yomon issiqlik o'tkazuvchanligiga ega.

Hayvonlarning mo'ynasi ham issiqlikni yomon o'tkazuvchi hisoblanadi. Buning yordamida ular issiq havoda qizib ketmaydi va sovuq havoda muzlamaydi.

Konventsiya

Konventsiyaga ko'ra, issiqlik oqimlari va gaz yoki suyuqlik oqimlari bilan uzatiladi. Qattiq jismlarda konventsiya yo'q.

Konventsiya suyuqlikda qanday paydo bo'ladi? Choynak suvini olovga qo'yganimizda, suyuqlikning pastki qatlami qiziydi, uning zichligi pasayadi, u yuqoriga ko'tariladi. Uning o'rnini sovuqroq suv qatlami egallaydi. Biroz vaqt o'tgach, u ham qiziydi va sovuqroq qatlam bilan joylarni o'zgartiradi. Va hokazo.

Xuddi shunday jarayon gazlarda ham sodir bo'ladi. Isitish batareyalari xonaning pastki qismiga joylashtirilishi tasodif emas. Axir, isitiladigan havo har doim xonaning yuqori qismiga ko'tariladi. Va pastki, sovuq, aksincha, tushadi. Keyin u ham qiziydi va yana ko'tariladi, yuqori qatlam esa bu vaqt ichida soviydi va cho'kadi.

Konventsiya tabiiy va majburiydir.

Atmosferada tabiiy konventsiya doimo sodir bo'ladi. Buning natijasida issiq havo massalarining doimiy ravishda yuqoriga, sovuqlari esa pastga siljishi kuzatiladi. Natijada shamol, bulutlar va boshqa tabiat hodisalari.

Agar tabiiy konventsiya etarli bo'lmasa, men majburiy konventsiyadan foydalanaman. Misol uchun, fan pichoqlari yordamida xonada iliq havo oqadi.

termal nurlanish

Quyosh yerni isitadi. Hech qanday issiqlik uzatish yoki konventsiya mavjud emas. Xo'sh, nima uchun tanalar isinadi?

Gap shundaki, Quyosh termal nurlanish manbai hisoblanadi.

termal nurlanish tananing ichki energiyasi tufayli yuzaga keladigan elektromagnit nurlanishdir. Atrofimizdagi barcha jismlar issiqlik energiyasini chiqaradi. Bu stol chiroqidan ko'rinadigan yorug'lik yoki ko'rinmas ultrabinafsha, infraqizil yoki gamma nurlarining manbalari bo'lishi mumkin.

Ammo tanalar shunchaki issiqlik chiqarmaydi. Ular ham iste'mol qiladilar. Ba'zilari ko'proq, boshqalari esa kamroq. Bundan tashqari, qorong'u jismlar yorug'likka qaraganda tezroq qiziydi va soviydi. Issiq havoda biz ochiq rangli kiyim kiyishga harakat qilamiz, chunki ular quyuq rangli kiyimlarga qaraganda kamroq issiqlikni o'zlashtiradi. To'q rangli mashina quyoshda yonida turgan ochiq rangli mashinaga qaraganda tezroq qiziydi.

Moddalarning issiqlikni turli yo'llar bilan yutish va tarqatish xususiyati tungi ko'rish tizimlarini, raketalarni aniqlash tizimlarini va boshqalarni yaratishda qo'llaniladi.

Termodinamik tizim - bu cheksiz issiqlik harakatini amalga oshiradigan va bir-biri bilan o'zaro ta'sirlashib, energiya almashadigan ko'p sonli zarrachalar - atomlar va molekulalardan tashkil topgan har qanday jismoniy tizim. Bunday termodinamik tizimlar va bundan tashqari, eng oddiylari gazlar bo'lib, ularning molekulalari tasodifiy translatsiya va aylanish harakatlarini bajaradi va to'qnashuv paytida kinetik energiya almashadi. Termodinamik tizimlar ham mustahkamdir

va suyuq moddalar. Qattiq jismlarning molekulalari muvozanat holati atrofida tasodifiy tebranishlar hosil qiladi; molekulalar orasidagi energiya almashinuvi ularning uzluksiz o'zaro ta'siri tufayli sodir bo'ladi, buning natijasida bir molekulaning muvozanat holatidan siljishi darhol o'rta molekulalarning joylashishi va harakat tezligida namoyon bo'ladi. Formulalar (1.7) va (1.8) bo'yicha molekulalarning issiqlik harakatining o'rtacha energiyasi harorat bilan bog'liq bo'lganligi sababli, harorat termodinamik tizimlarning turli holatlarini tavsiflovchi eng muhim jismoniy miqdordir. Bunday tizimlarning holati haroratdan tashqari, ular egallagan hajm va tizimga ta'sir qiluvchi tashqi bosim yoki tashqi kuchlar bilan ham aniqlanadi.

Termodinamik tizimlarning muhim xususiyati - ular o'zboshimchalik bilan uzoq vaqt qolishi mumkin bo'lgan muvozanat holatlarining mavjudligi. Muvozanat holatlaridan birida joylashgan termodinamik sistemaga qandaydir tashqi ta’sir ko‘rsatilib, so‘ngra tugatilgan bo‘lsa, sistema o‘z-o‘zidan yangi muvozanat holatiga o‘tadi. Ammo shuni ta'kidlash kerakki, muvozanat holatiga o'tish tendentsiyasi doimo va doimiy ravishda, hatto tizim tashqi ta'sirlarga duchor bo'lgan davrda ham. Bu tendentsiya yoki aniqrog'i, muvozanat holatlariga erishishga olib keladigan jarayonlarning doimiy mavjudligi termodinamik tizimlarning eng muhim xususiyatidir.

Muayyan idishdagi gaz uchun muvozanat holati gaz hajmidagi harorat, bosim va zichlik (yoki hajm birligidagi molekulalar soni) hamma joyda bir xil bo'lgan holatdir. Agar ushbu hajmning biron bir joyida mahalliy isitish yoki siqilish yuzaga kelsa, u holda tizimda harorat va bosimni tenglashtirish jarayoni boshlanadi; bu jarayon tashqi ta'sir mavjud bo'lguncha davom etadi, ammo bu ta'sir to'xtatilgandan keyingina tenglashtirish jarayoni tizimni yangi muvozanat holatiga keltiradi.

Izolyatsiya qilingan termodinamik tizimlarning tashqi ta'sirlar bo'lmaganiga qaramay, chekli vaqt davomida saqlanib qolmaydigan holatlari nomutanosiblik deyiladi. Dastlab muvozanatsiz holatda bo'lgan tizim oxir-oqibat muvozanat holatiga o'tadi. Muvozanatsiz holatdan muvozanat holatiga o'tish vaqti relaksatsiya vaqti deb ataladi. Muvozanat holatidan muvozanatsiz holatga teskari o'tish tizimga tashqi ta'sirlar yordamida amalga oshirilishi mumkin. Muvozanatsizlik, xususan, turli joylarda har xil haroratga ega bo'lgan tizimning holati; gazlar, qattiq jismlar va suyuqliklardagi haroratni tenglashtirish - bu jismlarning tana hajmida bir xil haroratga ega bo'lgan muvozanat holatiga o'tishi. Suyuqlik va uning bug'idan iborat ikki fazali tizimlarni ko'rib chiqish orqali muvozanatsiz holatga yana bir misol keltirish mumkin. Agar yopiq idishda suyuqlik yuzasida to'yinmagan bug 'bo'lsa, u holda tizimning holati nomutanosibdir: suyuqlikdan vaqt birligida chiqariladigan molekulalar soni sonidan ko'p.

molekulalar bir vaqtning o'zida bug'dan suyuqlikka qaytadi. Natijada, vaqt o'tishi bilan bug 'holatidagi molekulalar soni ko'payadi (ya'ni bug'ning zichligi oshadi) bilan muvozanat holati o'rnatilgunga qadar.

Muvozanatsiz holatdan muvozanat holatiga o'tish ko'p hollarda uzluksiz sodir bo'ladi va bu o'tish tezligi tegishli tashqi ta'sir bilan silliq nazorat qilinishi mumkin, bu esa bo'shashish jarayonini juda tez yoki juda sekin qiladi. Shunday qilib, masalan, mexanik aralashtirish suyuqliklarda yoki gazlarda haroratni tenglashtirish tezligini sezilarli darajada oshirishi mumkin; suyuqlikni sovutib, unda erigan moddaning tarqalish jarayonini juda sekin amalga oshirish mumkin va hokazo.

Ba'zi tizimlar uchun metastabil deb ataladigan shunday holatlar mavjud bo'lib, ularda bu tizimlar nisbatan uzoq vaqt davomida bo'lishi mumkin, ammo tizimga ma'lum tabiatning tashqi ta'siri paydo bo'lishi bilanoq, muvozanat holatiga o'z-o'zidan keskin o'tish sodir bo'ladi. . Bunday hollarda tashqi harakat faqat muvozanat holatiga o'tish imkoniyatini ochadi. Misol uchun, sekin issiqlik bilan ta'minlangan etarlicha toza suv qaynash nuqtasidan bir necha daraja yuqori haroratgacha qizdirilishi mumkin. Suvning bu holati metastabildir; agar siz bunday suvni silkitsangiz (yoki oz miqdordagi chang zarralarini - bug 'pufakchalari hosil bo'lish markazlarini kiritsangiz), u portlash bilan qaynatiladi va uning harorati keskin qaynoq nuqtasiga tushadi. Shunday qilib, metastabil holat shunday xarakterlanadiki, u bu holatdan chiqib ketganda, tizim nafaqat unga qaytmaydi, balki, aksincha, undan ko'proq uzoqlashadi va keskin ravishda buning uchun mavjud bo'lgan muvozanat holatiga o'tadi. tizimi.

Termodinamika - bu energiyaning chiqishi, yutilishi va o'zgarishi bilan birga keladigan jarayonlar oqimining umumiy qonuniyatlarini o'rganadigan fan. Kimyoviy termodinamika kimyoviy energiya va uning boshqa shakllari - issiqlik, yorug'lik, elektr va boshqalarning o'zaro o'zgarishini o'rganadi, bu o'tishlarning miqdoriy qonuniyatlarini o'rnatadi, shuningdek, berilgan sharoitlarda moddalarning barqarorligini va ularning kirish qobiliyatini taxmin qilish imkonini beradi. ma'lum kimyoviy reaktsiyalarga kiradi. Termodinamik ko'rib chiqish ob'ekti termodinamik tizim yoki oddiygina tizim deb ataladi.

Tizim- ko'p sonli molekulalardan (struktura birliklaridan) iborat bo'lgan va boshqa tabiat ob'ektlaridan haqiqiy yoki xayoliy chegara yuzasi (interfeys) bilan ajratilgan har qanday tabiat ob'ekti.

Tizimning holati - bu tizimni termodinamika nuqtai nazaridan aniqlash imkonini beradigan tizim xususiyatlarining yig'indisidir.

Termodinamik tizimlarning turlari:

I. Atrof-muhit bilan materiya va energiya almashinuvining tabiati bo'yicha:

1. Izolyatsiya qilingan tizim - atrof-muhit bilan modda yoki energiya almashmaydi (DM = 0; DE = 0) - termos.

2. Yopiq tizim - muhit bilan modda almashmaydi, balki energiya almashishi mumkin (reagentlar bilan yopiq kolba).

3. Ochiq tizim - atrof-muhit bilan ham materiya, ham energiya (inson tanasi) bilan almashishi mumkin.

II. Agregat holatiga ko'ra:

1. Bir hil - tizimning bir hududidan boshqasiga o'tishda fizik va kimyoviy xususiyatlarda keskin o'zgarishlarning yo'qligi (ular bir fazadan iborat).

2. Geterogen - birida ikki yoki undan ortiq bir jinsli tizimlar (ikki yoki undan ortiq fazadan iborat).

Bosqich- bu tizimning bir qismi, tarkibi va xususiyatlari bo'yicha barcha nuqtalarda bir hil va tizimning boshqa qismlaridan interfeys orqali ajratilgan. Bir jinsli sistemaga suvli eritma misol bo'la oladi. Ammo agar eritma to'yingan bo'lsa va idishning pastki qismida tuz kristallari mavjud bo'lsa, unda ko'rib chiqilayotgan tizim heterojendir (faza chegarasi mavjud). Oddiy suv bir jinsli tizimning yana bir misolidir, lekin muz bilan suzuvchi suv geterogen tizimdir.

fazali o'tish- fazali o'zgarishlar (muzning erishi, suvning qaynashi).

Termodinamik jarayon- termodinamik tizimning bir holatdan ikkinchi holatga o'tishi, bu doimo tizim muvozanatining buzilishi bilan bog'liq.

Termodinamik jarayonlarning tasnifi:

7. Izotermik - doimiy harorat - T = const

8. Izobarik - doimiy bosim - p = const

9. Isochoric - doimiy hajm - V = const

standart holat- taqqoslash uchun standart sifatida shartli tanlangan tizim holati.

Uchun gaz fazasi- bu 100 kPa standart bosim ostida (1982 yilgacha - 1 standart atmosfera, 101,325 Pa, 760 mmHg) gaz fazasidagi kimyoviy toza moddaning holati, bu ideal gaz xususiyatlarining mavjudligini nazarda tutadi.

Uchun toza faza, suyuqlik yoki qattiq agregat holatidagi aralash yoki erituvchi - bu standart bosim ostida suyuq yoki qattiq fazadagi kimyoviy toza moddaning holati.

Uchun yechim- eritmaning cheklanmagan holda suyultirilishi sharti asosida, standart bosim yoki standart konsentratsiya ostida 1 mol/kg standart molyarlikka ega erigan moddaning holati.

Uchun kimyoviy jihatdan toza modda aniq belgilangan, ammo o'zboshimchalik bilan, standart bosim ostida aniq belgilangan agregatsiya holatidagi moddadir.

Standart holatning ta'rifida standart haroratni o'z ichiga olmaydi, garchi ular tez-tez 25 ° C (298,15 K) bo'lgan standart harorat haqida gapirishadi.

2.2. Termodinamikaning asosiy tushunchalari: ichki energiya, ish, issiqlik

Ichki energiya U- umumiy energiya zahirasi, shu jumladan molekulalarning harakati, aloqalarning tebranishi, elektronlar, yadrolar va boshqalar harakati, ya'ni. barcha turdagi energiya kinetik va potentsial energiyadan tashqari bir butun sifatida tizimlar.

Har qanday tizimning ichki energiyasining qiymatini aniqlash mumkin emas, lekin tizimning bir holatdan ikkinchi holatga (energiya U 1 bilan) o'tishida ma'lum bir jarayonda sodir bo'ladigan ichki energiyaning DU o'zgarishini aniqlash mumkin. (energiya U 2 bilan):

DU ko'rib chiqilayotgan moddaning turi va miqdoriga va uning mavjudligi shartlariga bog'liq.

Reaksiya mahsulotlarining umumiy ichki energiyasi boshlang'ich moddalarning umumiy ichki energiyasidan farq qiladi, chunki reaksiya jarayonida o'zaro ta'sir qiluvchi molekulalarning atomlarining elektron qobiqlari qayta joylashadi.

Termodinamik tizim- o'zaro va boshqa jismlar (tashqi muhit) bilan o'zaro ta'sir qila oladigan makroskopik jismlar to'plami - ular bilan energiya va moddalar almashinuvi. Energiya va moddalar almashinuvi tizimning o'zida ham uning qismlari o'rtasida, ham tizim va tashqi muhit o'rtasida sodir bo'lishi mumkin. Tizimni tashqi muhitdan izolyatsiya qilishning mumkin bo'lgan usullariga qarab, termodinamik tizimlarning bir nechta turlari ajratiladi.

ochiq tizim atrof-muhit bilan modda va energiya almashinadigan termodinamik tizim deb ataladi. Bunday tizimlarning tipik misollari barcha tirik organizmlar, shuningdek, bug'lanish yoki qaynash tufayli massasi doimiy ravishda kamayib borayotgan suyuqlikdir.

Termodinamik tizim chaqirdi yopiq agar u atrof-muhit bilan energiyani ham, moddani ham almashtira olmasa. Yopiq tizimni biz mexanik ravishda izolyatsiya qilingan termodinamik tizim deb ataymiz, ya'ni. ishni bajarish orqali atrof-muhit bilan energiya almashishga qodir emas. Bunday tizimga misol sifatida doimiy hajmli idish ichiga o'ralgan gazdir. Termodinamik tizim deyiladi adiabatik agar issiqlik almashinuvi orqali boshqa tizimlar bilan energiya almashsa.

Termodinamik parametrlar (holat parametrlari) termodinamik tizim holatini tavsiflash uchun xizmat qiluvchi fizik kattaliklar deyiladi.

Termodinamik parametrlarga bosim, hajm, harorat, konsentratsiyani misol qilib keltirish mumkin. Termodinamik parametrlarning ikki turi mavjud: keng qamrovli va shiddatli. Birinchisi ma'lum termodinamik tizimdagi moddalar miqdoriga mutanosib, ikkinchisi tizimdagi moddalar miqdoriga bog'liq emas. Eng oddiy keng ko'lamli parametr - bu ovoz balandligi V tizimlari. qiymat v, tizim hajmining uning massasiga nisbatiga teng, tizimning o'ziga xos hajmi deyiladi. Eng oddiy intensiv parametrlar bosimdir R va harorat T.

Bosim jismoniy miqdordir

qayerda dFn tana sirtining kichik maydoniga ta'sir qiluvchi normal kuchning moduli
zaxira dS.

Agar bosim va o'ziga xos hajm aniq va oddiy jismoniy ma'noga ega bo'lsa, unda harorat tushunchasi ancha murakkab va unchalik aniq emas. Avvalo shuni ta'kidlaymizki, harorat tushunchasi, qat'iy aytganda, faqat tizimning muvozanat holatlari uchun ma'noga ega.

Termodinamik tizimning muvozanat holati- barcha parametrlar ma'lum qiymatlarga ega bo'lgan va tizim istalgancha qolishi mumkin bo'lgan tizim holati. Muvozanat holatidagi termodinamik tizimning barcha qismlarida harorat bir xil.

Har xil haroratli ikki jism o'rtasidagi issiqlik almashinuvida issiqlik yuqori haroratli jismdan past haroratli jismga o'tadi. Ikkala jismning harorati tenglashganda bu jarayon to'xtaydi.

Muvozanat holatidagi sistemaning harorati tizimni tashkil etuvchi atomlar, molekulalar va boshqa zarrachalarning issiqlik harakati intensivligining o‘lchovi bo‘lib xizmat qiladi. Klassik statistik fizika qonunlari bilan tavsiflangan zarralar tizimida va muvozanat holatida zarrachalarning issiqlik harakatining o'rtacha kinetik energiyasi tizimning termodinamik haroratiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Shuning uchun ba'zida harorat tananing qizish darajasini tavsiflaydi, deb aytiladi.

Faqat bilvosita amalga oshirilishi mumkin bo'lgan haroratni o'lchashda to'g'ridan-to'g'ri yoki bilvosita o'lchash mumkin bo'lgan tananing bir qator jismoniy xususiyatlarining haroratga bog'liqligi qo'llaniladi. Masalan, tana harorati o'zgarganda uning uzunligi va hajmi, zichligi, elastik xususiyatlari, elektr qarshiligi va boshqalar o'zgaradi. Ushbu xususiyatlarning har qanday o'zgarishi haroratni o'lchash uchun asosdir. Buning uchun termometrik jism deb ataladigan bitta (tanlangan) jism uchun bu xususiyatning haroratga funktsional bog'liqligi ma'lum bo'lishi kerak. Haroratni amaliy o'lchash uchun termometrik jismlar yordamida o'rnatiladigan harorat shkalalari qo'llaniladi. Xalqaro harorat shkalasida harorat Selsiy graduslarida (°C) ifodalanadi [A. Selsiy (1701-1744) - shved olimi] va belgilanadi t, va 1,01325 x 10 5 Pa normal bosimda muzning erish nuqtalari va suvning qaynash nuqtalari mos ravishda 0 va 100 ° C deb taxmin qilinadi. Termodinamik harorat shkalasida harorat Kelvin (K) [Vt. Tomson, Lord Kelvin (1821-1907) - ingliz fizigi], belgilangan T va termodinamik harorat deyiladi. Termodinamik harorat o'rtasidagi bog'liqlik T va harorat santigradli shkalada shaklga ega T = t + 273,15.

Harorat T= 0 K (santigrad shkalasida t\u003d -273,15 ° S) deyiladi mutlaq nol harorat yoki termodinamik harorat shkalasida nolga teng.

Tizim holati parametrlari tashqi va ichki bo'linadi. Tashqi parametrlar sistemalar fazodagi holatiga va berilgan sistemaga tashqi bo'lgan jismlarning turli xossalariga (masalan, elektr zaryadlariga) bog'liq bo'lgan fizik kattaliklar deyiladi. Masalan, gaz uchun bu parametr hajmdir V kema,
unda gaz joylashgan, chunki hajm tashqi jismlarning joylashishiga bog'liq - idishning devorlari. Atmosfera bosimi ochiq idishdagi suyuqlik uchun tashqi parametrdir. Ichki parametrlar sistemalar sistemadan tashqari jismlarning joylashuviga ham, shu sistemani tashkil etuvchi zarrachalarning koordinatalari va tezligiga ham bog'liq bo'lgan fizik kattaliklar deyiladi. Masalan, gazning ichki parametrlari uning bosimi va energiyasi bo'lib, ular harakatlanuvchi molekulalarning koordinatalari va tezligiga va gazning zichligiga bog'liq.

ostida termodinamik jarayon ko'rib chiqilayotgan termodinamik tizim holatidagi har qanday o'zgarishlarni tushunish, uning termodinamik parametrlarining o'zgarishi bilan tavsiflanadi. Termodinamik jarayon deyiladi muvozanat, agar bu jarayonda tizim cheksiz yaqin termodinamik muvozanat holatlarining uzluksiz qatoridan o'tsa. Tizim holatini o'zgartirishning real jarayonlari har doim cheklangan tezlikda sodir bo'ladi va shuning uchun muvozanatda bo'lolmaydi. Shu bilan birga, tizim holatini o'zgartirishning haqiqiy jarayoni muvozanatga qanchalik yaqin bo'lsa, u shunchalik sekinroq sodir bo'ladi, shuning uchun bunday jarayonlar deyiladi. kvazistatik.

Quyidagi jarayonlar eng oddiy termodinamik jarayonlarga misol bo'la oladi:

a) tizimning harorati o'zgarmaydigan izotermik jarayon ( T= const);

b) tizimning doimiy hajmida sodir bo'ladigan izoxorik jarayon ( V= const);

c) tizimdagi doimiy bosimda sodir bo'ladigan izobar jarayon ( p= const);

d) tizim va atrof-muhit o'rtasida issiqlik almashinuvisiz sodir bo'ladigan adiabatik jarayon.