Термодинамиканың бірінші заңын қҧрастыру

32
энергияны тиісті мӛлшерде жҧмсамай-ақ жасайтын механизмді қҧру 
мҥмкін емес 
• кинетикалық және потенциалдық энергия тҧрақты болған шартта, 
жҥйе арқылы жҧтылатын қызу Q оның ішкі энергиясын U кӛбейтуге 
және W жҥйесіндегі жҧмысты жетілдіруге жҧмсалады: 
Q =
U + W
. (2.1) 
Шексіздік бойынша термодинамиканың бірінші заңының теңдеуі 
(2.1) формасында жазылады
Q = dU + W
. (2.2) 
(2.1), (2.2) теңдеулері қандай да бір физикалық немесе химиялық 
процесстерді талдау ҥшін және кез-келген материяның кҥйі ҥшін кез 
келген жҥйе ҥшін жарамды. Шексіз сандардың белгіленуіндегі 
айырмашылық, жай кҥй функциясы болып табылатын ішкі энергияның 
шексіз ӛзгерісі жалпы дифференциалдың қасиеттеріне ие болады. 
Жолдың функциялары болып табылатын шексіз шағын мӛлшердегі 
жылу мен жҧмыс толық дифференциалдың қасиеттеріне ие емес. бQ 
және бW бҧл шексіз шамалар болып табылады және қарапайым жылу 
мен қарапайым жҧмыс деп аталады. 
2.1.5. Жҧмыс, ішкі энергия, жылу 
 
Механикада жҧмысқа келесідей анықтама беріледі: егер зат F 
кҥшінің әсермен dL қашықтыққа жылжыса, онда атқарылған жҧмыс 
мынау теңдеу арқылы есептеледі б W = FdL. Жҧмыстарды орындау 
ҥшін кҥш пен қашықтық нӛлден ӛзгеше болуы қажет. Сіз ӛзіңіздің 
барлық энергияңызды кірпіш қабырғаны итеруге жҧмсай аласыз, бірақ 
оны жылжытпасаңыз, ешқандай жҧмыс жасалмайды. Сол сияқты, 
қандайда бір зат биіктіктен еркін қҧлағанда оны тоқтататын кҥш 
болмаса (мысалы, тірек арқылы тасталған арқан) зат қандай биіктіктен 
тҥскеніне қарамастан, яғни зат қозғалған қашықтық қаншама ҥлкен 
болса да ешқандай жҧмыс атқарылмайды.
Жҧмыстың анықтамасында екі белгі болуы маңызды. Ең алдымен, 
жҧмыс жҥрген жолға байланысты, екіншіден, жҧмыс кҥштің осы жолда 
қалай ӛзгеретініне байланысты. Екі нҥктенің арасындағы әртҥрлі 
жолдар тҥрлі жҧмыс кӛлемдерімен байланысты болуы мҥмкін. Бҧл 
циклдық процесстерге де қатысты. Дегенмен, циклдік процессте жҥйе 
бастапқы кҥйге оралғандықтан, жҧмыс жҥйенің кҥйімен емес, 
энергияны беру процесстері арқылы сипатталады.
Термодинамикалық жҧмыстың ең қарапайым мысалына - 
поршенді цилиндрдегі кеңейту немесе қысу жҧмысы жатады. Бҧл 

33
жағдайда жҥйенің соңғы кӛлемдегі ӛзгеруі ҥшін жасаған жалпы 
жҧмыстары мынаған тең 
Мҧндағы V
1 
және V
2
жҥйенің бастапқы және соңғы кӛлемі болып 
табылады.
Кеңейту жҧмыстары, яғни жҥйенің қоршаған ортаға қатысты 
жасаған жҧмысы оң деп саналады. Қысу жҧмысы, яғни, қоршаған 
ортаның жҥйеде жасаған жҧмысы теріс деп саналады. (Америка 
әдебиетінде - керісінше.)
Қысым кӛлеміндегі координаттарда (2.1-сурет) жҧмыс қисық 
сызықтағы суреттің аймағын білдіреді. Жҥйенің p
1
және v
1
параметрлері бойынша сипатталатын 1-кҥйден жҥйеге ӛтуі p
2
және v
2
параметрлері бар 2 с-ге дейін әр тҥрлі болуы мҥмкін, олардың 
әрқайсысы ӛзінің жҧмыс мәніне сәйкес келеді. 
Сыртқы қысымның (механикалық жҧмыс) кҥштеріне қарсы 
жҧмыстың жалғыз тҥрі жҧмыс істейтін жҥйе қарапайым деп аталады. 
Жалпы жағдайда термодинамикалық жҥйе механикалық жҧмыстарды 
ғана емес, сонымен қатар электрлік және магниттік кҥштерге қарсы 
жҧмыс істей алады, беттік кернеулер кҥштеріне қарсы жҧмыс жасайды, 
жҥйенің химиялық қҧрамы ӛзгеруімен байланысты жҧмыс және т.б.
a - бір сатылы газды кеңейту; b - циклдік процесс кеңейту-қысу 
тәрізді механикалық жҧмысты пайдалы деп атайды және ол W 'дегенді 
2.1. сурет. P-V-диаграммасының кӛмегімен геометриялық әдісті 
анықтау 

34
білдіреді. Мҧндай жағдайларда термодинамиканың бірінші заңының 
ӛрнектері мына формада жазылады 
Q 
= 
dU 
+ 
p 
dV 
+ 
W
',
(2.3) 
мҧндағы 5 W' - қарапайым пайдалы жҧмыс.
Егер механикалық жҧмыстарды қоспағанда, барлық жҧмыс тҥрлері 
болмаса, яғни, пайдалы жҧмыс нӛлге тең болады (dW '= 0) 
Q 
= 
dU 
+ 
p 
dV 
,
(2.4) 
Мҧндағы р - бҧл кері ҥрдіс жағдайында болатын жҥйедегі қысым. 
Қайтымсыз процесс кезінде жҥйедегі қысым мен сыртқы қысым тең 
болмайды. 
Термодинамиканың бірінші заңы ішкі энергия тҧжырымдамасын 
тӛмендегідей тҥрде анықтайды: барлық жҥйелер ҥшін ішкі энергия деп 
аталатын функция бар, жҥйе 1-ші кҥйден 2-ші кҥйге шыққан кезде 
қоршаған ортаның жҥйесі сіңіретін жылу мен жҥйе атқарған жҧмыстың 
жылуындағы айырмашылыққа тең болады. 
Бҧл анықтамада әңгіме қозғалыс массасы энергиясынан 
кинетикалық энергияны және жҥйенің әлеуетті энергиясын алып 
тастағанда қалатын энергияның жалпы қоры туралы болып отыр. Ал 
жалпы қор энергиясына молекулалардың аудармалы және айналмалы 
қозғалысының энергиясы, атомдар мен молекулаларды қҧрайтын 
атомдық топтардың тербеліс энергиясы, ядролар мен электрондардың 
ӛзара әрекеттесу энергиясы және ядродағы нуклондық ӛзара әрекеттесу 
энергиясы жатады.
Жеке заттардың ішкі энергиясы олардың химиялық табиғатына, 
фазалық кҥйіне, массаға, сондай-ақ температура мен қысымға 
байланысты болады. Газдар ҥшін ішкі энергияның қысымға тәуелділігі 
тек қана температура диапазонында және қысымда сыни мәндерге 
жақын. Конденсацияланған фазалардың ішкі энергиясы қысымнан 
тәуелсіз болады. 
Тҧрақты қҧрамның кешенді (кӛпфазалы) жҥйесінің ішкі энергиясы 
әрбір фазаның ішкі энергиясының мәндерінен тҧрады. Химиялық 
реакциялар мҥмкін болатын ауыспалы композициялар жҥйесінде ішкі 
энергия бастапқы материалдар мен реакция ӛнімдерінің табиғатына, 
олардың фазалық кҥйіне, шоғырлануына, температураға және қысымға 
байланысты болады.
Жҥйенің 
ішкі 
энергиясының 
абсолютті 
мәні 
белгісіз. 
Термодинамикалық есептеулерде олар абсолютті емес, бірақ ішкі 
энергияның айырымдық мәндерімен жҧмыс істейді, ол жҥйенің 
бастапқы кҥйінен соңғы жағдайға ауысуы кезінде сипатталады, ол 
тікелей ӛлшенетін жҧмыс және жылу мәндерімен анықталады.

35
Ішкі энергияға қарағанда, жылу жҥйенің сипаты емес және 
процесстен тыс ӛмір сҥре алмайды. Жылу дегенміз - бҧл кӛзден бастап 
жҥйеге энергияны тасымалдаудың микрофизикалық процесстерінің 
жиынтығы болып табылады. Кез-келген циклдік процессте жҥйенің 
ішкі энергиясы ӛзгеріссіз қалады: A U = 0, бҧл Q = W теңдікке әкеледі, 
сондықтан жылу мен жҧмыс процесс жолының функциялары болып 
табылады. 

жүктеу/скачать 9,08 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: