№ 1
дәріс
|
№1Термодинамиканың негізгі түсініктері. Термодинамиканың бірінші бастамасы.
Жоспар:
Термодинамиканың негізгі түсініктері.
Ұлғаю жұмысы. Интенсивтілік және экстенсивтілік факторлары.
Термодинамиканың 1-ші бастамасы. Жылу, ішкі энергия, жұмыс.
Физикалық химия зат құрылысының заңдылығын, химиялық жүйедегі тепе-теңдікті, тепе-теңдіктегі бір күйден екіншіге ауысу мүмкіндігін көрсететін заңдылықты және химиялық процесін зерттейді. Физикалық химияда келесі үш әдісті қолданады: статистикалық,негізінде статистикалық физика жатады; термодинамикалық,статистикалық заңдылықтардың қосынды нәтижесін көрсетеді; квантты-механикалық, физикалық химияның түсінбеген негізгі құбылыстарын түсіндіреді.
Термодинамика: энергияның бір түрінен екінші түріне, бір жүйеден екінші жүйеге ауысуын; әртүрлі физикалық немесе химиялық процестердің барысында пайда болатын энергетикалық эффектілерді; белгілі бір жағдайлардағы процестердің мүмкіндігін, бағытын, өз бетінше жүретін процестердің мүмкіндік шегін.
Термодинамика – жүйелерде болатын энергиялардың өзгеруін анализдеу негізінде макроскопиялық жүйелердің ең жалпы қасиеттерін зерттейтін ғылым.Фаза – бөлу беттерімен шектелген жүйенің химиялық құрамы, физикалық және термодинамикалық қасиеттері ұқсас бөліктерінің жиынтығы.Энергия–материя қозғалысының әртүрлі түрлерінің жалпы сандық өлшемі.
1931 ж.- Фаулер термодинамиканыңнолінші заңын ашты:
Егер А және В системасы С системасымен жылулық тепе-теңдік күйде болса, онда А және В системасы өзара бір-бірімен тепе-теңдік күйде болады.
fA(PA,VA) = fB(PB,VB) = fC(PC,VC) = t (1а)
Бұл заң анықтамасынан идеалды газ күйінің теңдеуі шығады.
Термодинамиканың бірінші заңы (бастамасы) негізінен энергияның сақталу және оның жылу процестеріне түрлену (айналу) заңы болып есептеледі. Термодинамиканың бірінші заңын былай тұжырымдауға болады: кез келген процестердегі жүйенің ішкі энергия өсімшесі, осы жүйеге берілген жылу мөлшерінен жүйе атқарған жұмысты азайтқанға тең:∆U= Q – A
Бұдан ішкі энергияның өзгеруі процестерді қалай, қандай жолмен жүргізгенге байланысты емес, жүйенің бастапқы және соңғы күйіне тәуелді екенін көреміз.
Термодинамиканың бірінші заңы бойынша, энергияның жоқтан пайда болуы немесе жойылып кетуі мүмкін емес, тек бір түрден екінші түрге белгілі эквивалентті шамамен ауысады.
Термодинамикада зерттеу объектісі болып жүйе немесе система саналады. Система-қоршаған ортадан ойша немесе нақты бөліп алынған материалды объект. Системаның термодинамикалық қасиеттеріне: масса m, көлем V, қысым Р, температура Т, тығыздық , концентрация С және т.б. жатады. Көбіне мольдік көлем V, қысым Р, температура Т негізгі қасиетіне кіреді, олар жалпы түрде f ( P, V, T) = 0 жазылады.
Система ашық, жабық, оқшауланған болады. Жабық система қоршаған ортамен масса алмаспайды, энергия ғана алмасады. Ашық система қоршаған ортамен масса да, энергия ғана алмасады. Оқшауланған система қоршаған ортамен масса да, энергия да алмаспайды. Система гомогенді, гетерогенді болады. Системаның барлық физикалық, химиялық қасиеттерінің жиынтығы системаның күйі деп аталады.
Экстенсивті қасиеттер системаның массасына пропорционал болады. Экстенсивті қасиеттерге: системаның ішкі энергиясы, көлем, жылу сиымдылық, энтропия т.б. кіреді. Интенсивті қасиеттер системаның массасына тәуелді емес. Оған: температура, қысым, молярлы жылу сиымдылық, молярлы көлем және т.б. жатады.
Термодинамикалық қасиеттер мен параметрлер –n- зат мөлшері (моль), Q, H, U, S , р, t,V, m.
Ішкі энергия (U)системадағы энергияның жалпы қорын сипаттайды, тек системадағы барлық бөлшектің қозғалыс энергиясы мен сыртқы күштер өрісінің энергиясынан басқасын. ΔU=U2 - U1 –Ішкі энергия өзгерісі. Жұмыс– бұл қандай да күштің әсерінен орын алмастыру жүзеге асатын энергияны берудің макроскопиялық әдісі. Жылу–жылу алмасу арқылы дененің молекулаларсоқтығысуы арқылы энергияны берудің ерекше әдісі.
Жылу алмасу–хаосты қозғалыстағы бөлшектердің микроскопиялық ретсіз түрде энергияны беруі.Жұмысжәне жылу системаның қасиеті емес, тек энергияны берудің әдісі. Қайтымды процесс– система бастапқы күйге келгенде қоршаған орта да бастапқы күйіне енеді.
Идеалды газдың ұлғаю жұмысы цилиндрдегі ауданы S поршеннің өте шексіз аз ара қашықтыққа қозғалуы қысымның көлемге көбейтіндісіне тең және системаныңкүйінің көбейтіндісіне тең. δA=PSδl=PdV (1), Sδl= dV
dV бұл системаның күй функциясы, онда оны интегралдаса:
2 2
dV: ∫δA=∫PdV (2)
1 1
Қысымның көлемге тәуелділігі әртүрлі функциямен беріледі, егер системаның бастапқы және соңғы күйін анықтаса:
2 2
∫δA=A=∫PdV (3)
1 1
dU=δQ-δA
1)Изобаралықпроцесс
P=const
2
Ap=P∫dV=P(V2-V1) (4)
1
AP=nR(T2-T1) (5)
2) Изотермиялық процесс
t=const
P=nRT/V
2 2
AT=∫(nRT)/V* dV=nRT∫dV/V=nRTlnV2/V1 (6)
1 1
AT=nRTlnP1/P2 (7)
3) Изохоралық процесс
V=const
AV=0 (8)
4) Адиабаттық процесс
Q=0
A=-dU
C=(δQ/dT)
CV=(δQ/dT)V=(dU/dT)V
dU=CVdT
A=nCV(T1-T2) (9)
A=-nCV(T2-T1)
|
