სისტემის მდგომარეობის ცვლილებას, რომელიც ხასიათდება მისი თერმოდინამიკური პარამეტრების ცვლილებით, ეწოდება თერმოდინამიკური პროცესი . სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, თუ სისტემა გადადის საწყისი მდგომარეობიდან საბოლოო მდგომარეობამდე, რომელიც განსხვავდება საწყისისგან, მაშინ ხდება პროცესი. თერმოდინამიკაში ყველაზე ხშირად განიხილება შემდეგი პროცესები:

1) იზოთერმული (თ = კონსტ), (ბერძნ. therme - სითბო, სითბო);

2) იზობარული(რ = კონსტ), (ბერძნ. baros - სიმძიმე, წონა);

3) იზოქორული ((ვ = კონსტ), (ბერძნ. chora - სივრცე);

4) იზობარულ-იზოთერმული(რ = კონსტ, თ= კონსტ);

5) იზოქორიულ-იზოთერმული(ვ = კონსტ, თ= კონსტ);

6) ადიაბატური(სისტემასა და გარე გარემოს შორის სითბოს გაცვლა არ ხდება).

პროცესს, რომლის შედეგადაც სისტემა, რომელმაც დატოვა საწყისი მდგომარეობა და განიცადა გარდაქმნების სერია, კვლავ უბრუნდება მას, ე.წ. წრიული პროცესიან ციკლი.

სისტემის მდგომარეობის ცვლილება შეიძლება მოხდეს სხვადასხვა პირობებში. ამიტომ, პირველ რიგში, ისინი განასხვავებენ წონასწორობა (კვაზი-სტატიკური) და არათანაბარი პროცესები. პროცესი, რომელიც განიხილება, როგორც სისტემის წონასწორობის მდგომარეობის უწყვეტი სერია. დაურეკა წონასწორობის პროცესი . წონასწორობის პროცესში სისტემის ყველა პარამეტრი იცვლება უსასრულოდ ნელა, ასე რომ სისტემა ყოველთვის წონასწორობის მდგომარეობაშია.

იმისათვის, რომ თერმოდინამიკური პროცესი კვაზი-სტატიკურად (წონასწორობაში) განხორციელდეს, უნდა დაკმაყოფილდეს შემდეგი პირობები:

1. უსასრულოდ მცირე განსხვავება მოქმედ და დაპირისპირებულ ძალებს შორის (მაგალითად, წნევა სისტემაში უსასრულოდ მცირე რაოდენობით განსხვავდება გარე წნევისგან).

2. უსასრულოდ ნელი პროცესი.

3. მაქსიმალური სამუშაოს შესრულება (არაწონასწორობის პროცესში სამუშაო ყოველთვის ნაკლებია წონასწორულ ერთზე და შეიძლება იყოს ნულის ტოლი - მაგალითად, იდეალური გაზის გაფართოება ვაკუუმში).

4. გარე ძალის უსასრულო მნიშვნელობით შეცვლა ცვლის პროცესის მიმართულებას.

5. პირდაპირი და საპირისპირო პროცესების მუშაობის აბსოლუტური მნიშვნელობები იგივეა, მათი ბილიკები კი იგივეა.

სისტემის არაბალანსური მდგომარეობიდან წონასწორობაში გადასვლის პროცესს ე.წ. დასვენება და ამ პროცესის ხანგრძლივობაა დრო დასვენება . სხვადასხვა პროცესს აქვს სხვადასხვა რელაქსაციის დრო: 10-7 წამიდან გაზში წონასწორული წნევის დამყარება რამდენიმე წლამდე მძიმე შენადნობებში კონცენტრაციების გათანაბრებისას.

უნდა აღინიშნოს, რომ რეალური პროცესები ხდება მაშინ, როდესაც სისტემასა და გარემოს შორის ბალანსი ირღვევა და ენერგიისა და/ან ნივთიერების ნაკადები წარმოიქმნება სისტემის შიგნით, რაც არღვევს მასში არსებულ ბალანსს. ამრიგად, რეალური პროცესები, რომლებიც ხდება სისტემის წონასწორობის მდგომარეობის დარღვევით, არის არათანაბარი . კლასიკურ (ფენომენოლოგიურ) თერმოდინამიკაში შესწავლილია მხოლოდ წონასწორობის პროცესები. წონასწორული პროცესებისთვის თერმოდინამიკის მიერ მიღებული დასკვნები მასში ერთგვარი ზღვრული თეორემის როლს თამაშობს.

ფიზიკურად უსასრულოდ ნელი ან კვაზი-სტატიკური (წონასწორობა) ცვლილებანებისმიერი პარამეტრი " ა” ეწოდება ასეთ ცვლილებას დროთა განმავლობაში, როდესაც ცვლილების სიჩქარე და/dtგაცილებით ნაკლებია, ვიდრე ამ პარამეტრის ცვლილების საშუალო მაჩვენებელი დასვენების დროს (აქ ტ- დრო). თუ დასვენების დროს პარამეტრი « ა» შეიცვალა Δ ადა დასვენების დრო τ , შემდეგ ზე წონასწორობის პროცესები

პარამეტრის შეცვლის შემთხვევაში " ა» ხდება დროულად ტ, ნაკლები ან ტოლი დასვენების დროს τ , ისე

მაშინ ასეთი პროცესია არათანაბარი ან არასტატიკური .

თერმოდინამიკაში წონასწორული (კვაზისტატიკური) და არაბალანსირებული პროცესების ცნებების გარდა, ყველა პროცესი იყოფა: შექცევადი და შეუქცევადი . შექცევადი თერმოდინამიკური პროცესი - თერმოდინამიკური სისტემის ერთი მდგომარეობიდან მეორეში გადასვლის პროცესი, რომელიც შეიძლება მიმდინარეობდეს როგორც წინ, ისე საპირისპირო მიმართულებით ერთი და იგივე შუალედური მდგომარეობების გარეშე გარემოში ცვლილებების გარეშე.. თუ სისტემის ერთი მდგომარეობიდან მეორეზე გადასვლის პროცესი არ შეიძლება განხორციელდეს წინა და საპირისპირო მიმართულებით გარემოში ცვლილებების გარეშე, მაშინ მას ე.წ. შეუქცევადიპროცესი. აშკარაა რომ წონასწორობის პროცესი ყოველთვის შექცევადია და შექცევადი პროცესი ყოველთვის წონასწორული გზით მიმდინარეობს.

შეუქცევადი პროცესების მაგალითები:

1. სითბოს გადაცემის პროცესი სასრული ტემპერატურის განსხვავებაზე შეუქცევადია. შექცევადი პროცესი (როგორც წონასწორობის პროცესი) იწყება წონასწორობის მდგომარეობით. ტემპერატურის სხვაობის არსებობა მიუთითებს არაბალანსურ (არასტატიკური) პროცესზე.

2. გაზის გაფართოება ვაკუუმში შეუქცევადია, რადგან ასეთი გაფართოებით სამუშაო არ კეთდება და შეუძლებელია გაზის შეკუმშვა ისე, რომ არ მოხდეს სამუშაო.

3. აირების დიფუზიის პროცესი შეუქცევადია. თუ ჭურჭელში, სადაც ორი განსხვავებული აირი გამოყოფილია დანაყოფით, დანაყოფი ამოღებულია, მაშინ თითოეული გაზი გავრცელდება მეორეში. გაზების გამოსაყოფად, თითოეული მათგანი უნდა იყოს შეკუმშული. იმისათვის, რომ ისინი არ გაცხელდნენ, საჭიროა მათგან სითბოს წართმევა და სამუშაოდ გადაქცევა, რაც შეუძლებელია გარემოს ცვლილების გარეშე (თერმოდინამიკის მეორე კანონი).

თერმოდინამიკური პროცესები. 2.3.1. თერმოდინამიკური პროცესის კონცეფცია

2.3.1. თერმოდინამიკური პროცესის კონცეფცია

სისტემის მდგომარეობისა და მისი ცვლილებების (პროცესების) ზოგადი იდეა მოცემულია 1.1.3 ქვეპუნქტში.

თერმოდინამიკური პროცესი არის სისტემის სამუშაო სითხის მდგომარეობის პარამეტრების შეცვლის გარკვეული თანმიმდევრობა.

თერმოდინამიკური პროცესები შეიძლება იყოს წონასწორული და არაბალანსირებული, შექცევადი და შეუქცევადი. თუ თერმოდინამიკური სისტემის მდგომარეობის ცვლილება მიმდინარეობს მისი შინაგანი წონასწორობის დარღვევით, მაშინ ხდება არათანაბარი თერმოდინამიკური პროცესი. ბუნებაში, ექსპერიმენტებში, მანქანებში დაფიქსირებული რეალური პროცესები არათანაბარია, მათი აღწერა თერმოდინამიკური მეთოდებით შეუძლებელია.

გარემოსთან ენერგიის გაცვლაში სისტემების ძირითადი თვისებების შესასწავლად გამოიყენება მეცნიერული აბსტრაქციის მიდგომა, ხდება რეალური პროცესების იდეალიზება, მათი წონასწორობაზე გადაყვანა.

თერმოდინამიკური პროცესი, რომელიც მიმდინარეობს უსასრულოდ მცირე რაოდენობით

სისტემის მდგომარეობის გადახრა წონასწორობიდან ეწოდება

რ ა ვ ნ ო ვ ე ს ნ ი მ.

შექცევადი და შეუქცევადი პროცესების კონცეფცია აღწერილია 1.1.5 ქვეპუნქტში. ქვემოთ განვიხილავთ იდეალური სრულყოფილი აირის მხოლოდ წონასწორობას და შექცევად თერმოდინამიკურ პროცესებს.

წონასწორული თერმოდინამიკური სისტემისთვის თერმოდინამიკურ პარამეტრებს შორის კავშირი დადგენილია იდეალური აირის მდგომარეობის განტოლებით (2.9). შესაბამისად, ეს განტოლება ასევე მოქმედებს წონასწორული თერმოდინამიკური პროცესისთვის არა მხოლოდ სისტემის საწყის და საბოლოო მდგომარეობებში, არამედ მის ნებისმიერ შუალედურ მდგომარეობაში.

ზოგადად, სამი თერმოდინამიკური პარამეტრიდან ორი შეიძლება შეიცვალოს თვითნებურად (დამოუკიდებლად) პროცესში. სითბოს ძრავების მუშაობის შესწავლა გვიჩვენებს, რომ სპეციფიკური თერმოდინამიკური პროცესები ყველაზე მეტად პრაქტიკაშია, კერძოდ, მდგომარეობის ცვლილებები, რომლებიც ხდება მუდმივი წნევის, მოცულობისა და ტემპერატურის დროს და ასევე გარემოსთან სითბოს გაცვლის გარეშე. მათი დამახასიათებელი თვისება ის არის, რომ სრულყოფილი გაზისთვის, სითბოს სიმძლავრე უცვლელი რჩება მთელი პროცესის განმავლობაში.

თერმოდინამიკაში ფართოდ გამოიყენება პროცესების ანალიზის გრაფიკული მეთოდები. ამ შემთხვევაში უფრო მოსახერხებელია ფუნქციით აღწერილი ხაზების არასივრცითი სამგანზომილებიანი გამოსახულებების გამოყენება. f(p, v, T)და მათი ორგანზომილებიანი პროგნოზები სამ კოორდინატულ სიბრტყეზე ერთ-ერთზე. როგორც წესი, კოორდინატებში გამოიყენება თერმოდინამიკური პროცესების გრაფიკული გამოსახულება pvდა ც, ხოლო განსაკუთრებულ შემთხვევებში - კოორდინატებში i s; პი; ID და ა.შ.

pv და Ts - კოორდინატები ნახ.2.3 და 2.4 გვიჩვენებს თვითნებურს

პარამეტრების შეცვლის თერმოდინამიკური პროცესი 1-დან მე-2 მდგომარეობამდე.

სურ 2.3 ნახ. 2.4

ნახ. 2.3 ფართობი, რომელიც შემოსაზღვრულია პროცესის მრუდით 1-2, აბსცისა და უკიდურესი ორდინატებით ადა ბ, როგორც ნაჩვენებია 1.2.5-ში, რიცხობრივად უდრის გაფართოების სამუშაოს და ფართობი, რომელიც შემოიფარგლება პროცესის მრუდით, ორდინატთა ღერძით და უკიდურესი აბსციებით. გდა დ, ტექნიკური სამუშაოები.

AT ც- კოორდინაციას უწევს პროცესის მრუდით 1-2 შემოსაზღვრულ ფართობს, აბსცისის ღერძს და უკიდურეს ორდინატებს ადა ბ,გამოიხატება ინტეგრალით:

ფ a-1-2-b =

Იმიტომ რომ dq = Tdsან q =, მაშინ ფ a-1-2-b რიცხობრივად უდრის პროცესში მიწოდებულ სითბოს.

ვინაიდან ეს სფეროები დამოკიდებულია პროცესის ბუნებაზე, სითბო და მუშაობა მისი ფუნქციებია.

მახასიათებლების მიუხედავად, მათი ანალიზის პროცესი ხორციელდება გარკვეული თანმიმდევრობით, რაც შემდეგია:

- დადგენილია პროცესის ხასიათი, ენიჭება მუდმივი პარამეტრი;

- თერმოდინამიკის პირველი კანონისა და პროცესის სპეციფიკური თავისებურებების გამოყენებით, მიღებულია მისი განტოლება;

თერმოდინამიკური პროცესი გაგებულია, როგორც თანმიმდევრული მდგომარეობების ერთობლიობა, რომლის მეშვეობითაც თერმოდინამიკური სისტემა გადის გარემოსთან ურთიერთქმედებისას.

თერმოდინამიკური სისტემის მდგომარეობა შეიძლება იყოს წონასწორული და არაწონასწორული. წონასწორობასისტემის ისეთ მდგომარეობას ეწოდება, რომელშიც მისი მოცულობის ყველა წერტილში ყველა მდგომარეობის პარამეტრი და ფიზიკური თვისება ერთნაირია (წნევა, ტემპერატურა, სპეციფიკური მოცულობა და ა.შ.). თერმოდინამიკაში ვარაუდობენ, რომ იზოლირებული სისტემა დროთა განმავლობაში ყოველთვის მოდის თერმოდინამიკური წონასწორობის მდგომარეობაში და ვერასოდეს დატოვებს მას სპონტანურად.

თერმოდინამიკურ სისტემაში მიმდინარე ყველა პროცესი იყოფა წონასწორულ და არაბალანსებულად. წონასწორობაასეთ პროცესებს უწოდებენ, როდესაც სისტემა გადის თანმიმდევრული წონასწორობის მდგომარეობათა სერიას. თუ პროცესი ისე ნელა მიმდინარეობს, რომ წონასწორობა მყარდება დროის ყოველ მომენტში, მაშინ ასეთ პროცესებს ე.წ. კვაზი-სტატიკური.ამ პროცესებს აქვთ შექცევადობის თვისებები.

არაწონასწორობაპროცესებს უწოდებენ ისეთ პროცესებს, რომლის დროსაც სისტემა არ არის წონასწორობის მდგომარეობაში. სისტემის არაბალანსური მდგომარეობიდან წონასწორობაში გადასვლის პროცესს ე.წ. დასვენებადა წონასწორობაზე გადასვლის დრო არის დასვენების დრო.

ბუნებაში მიმდინარე ყველა რეალური პროცესი არ არის წონასწორული. ეს განისაზღვრება იმით, რომ როდესაც პროცესი მიმდინარეობს სასრული სიჩქარით, წონასწორობის მდგომარეობას არ აქვს დრო, რომ დამყარდეს სამუშაო სხეულში. მაგალითად, დგუშით ცილინდრში გაზის სწრაფი გაფართოების დროს ტემპერატურა და წნევა სამუშაო სითხის მოცულობის სხვადასხვა წერტილში არ იქნება ერთნაირი, ტ.ს. მოხდება არაწონასწორობის მდგომარეობა და თავად პროცესი იქნება არაბალანსირებული. მაშასადამე, რეალურ პროცესებს, როგორც არათანასწორობას, შეუძლიათ მხოლოდ გარკვეულწილად მიუახლოვდნენ წონასწორობას და არასოდეს ემთხვეოდეს მათ.

თუმცა, თერმოდინამიკა უპირველეს ყოვლისა განიხილავს წონასწორობის პროცესებს და წონასწორობის მდგომარეობებს, რადგან მხოლოდ წონასწორობის მდგომარეობები შეიძლება რაოდენობრივად აღწერილი იყოს მდგომარეობის განტოლებების გამოყენებით. მხოლოდ თერმოდინამიკური სისტემის მდგომარეობის შეცვლის წონასწორული პროცესები შეიძლება იყოს გრაფიკულად წარმოდგენილი. ნებისმიერი თვითნებურად მიღებული წონასწორობის მდგომარეობა ტრიაქსიალურ კოორდინატულ სისტემაში პვტწარმოდგენილია წერტილით და ამ წერტილების სიმრავლე მდგომარეობის უწყვეტი ცვლილებით არის გარკვეული მრუდი, რომელიც წარმოადგენს წონასწორობის პროცესის გრაფიკულ გამოსახულებას. ამასთან, ძნელია სამღერძო კოორდინატთა სისტემის გამოყენება, ამიტომ პრაქტიკაში გამოიყენება მართკუთხა კოორდინატულ სისტემაში ტრიაქსიალური სისტემის მრუდების პროგნოზები სიბრტყეზე. ტექნიკურ თერმოდინამიკაში წონასწორული თერმოდინამიკური პროცესების შესასწავლად ყველაზე ხშირად გამოიყენება ბიაქსიალური კოორდინატთა სისტემა. pv.ამ კოორდინატთა სისტემაში ვერტიკალური წარმოადგენს იზოქორიულიპროცესი, ჰორიზონტალური - იზობარული,ჰიპერბოლური მრუდი - იზოთერმული(ნახ. 1.2). გარდა ამისა,

ბრინჯი. 1.2.

პროცესები განიხილება თერმოდინამიკაში ადიაბატური, რომელიც ხდება სითბოს გადაცემის არარსებობის პირობებში (დქ= 0) და პოლიტროპული(განზოგადების პროცესი), რომლის განსაკუთრებული შემთხვევებია პირველი ოთხი პროცესი.

ნებისმიერი მდგომარეობის პარამეტრი ასევე არის მდგომარეობის ფუნქცია, რადგან მისი ცვლილება ნებისმიერ თერმოდინამიკურ პროცესში არ არის დამოკიდებული პროცესის ტიპზე, არამედ განისაზღვრება მხოლოდ საწყისი და საბოლოო მდგომარეობებით.

თერმოდინამიკური პროცესებიც მოიცავს წრიული პროცესი, ან ციკლი.ციკლი არის პროცესების ერთობლიობა, რომელიც უბრუნებს სისტემას თავდაპირველ მდგომარეობას. დიაგრამებზე ციკლი გამოსახულია როგორც დახურული კონტური, რომლის ფორმა მთლიანად განისაზღვრება ციკლის შემადგენელი პროცესების რაოდენობით და ფორმით. სივრცითი კოორდინატთა სისტემაში ციკლების გრაფიკული წარმოდგენა და შესწავლა კიდევ უფრო რთული იქნება, ვიდრე ცალკეული პროცესების წარმოდგენა. მაშასადამე, ციკლი ასევე დაპროექტებულია ერთ-ერთ კოორდინატულ სიბრტყეზე.

თერმოდინამიკური პროცესები.

ნებისმიერი თერმოდინამიკური პროცესი შეიძლება მოხდეს მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ დაირღვა მექანიკური ან თერმული წონასწორობა, ე.ი. როდესაც გაზი შეკუმშულია ან გაფართოებულია (საშუალების წნევა მეტია ან ნაკლებია, ვიდრე აირის წნევა), როდესაც გაზი თბება ან გაცივებულია (საშუალების ტემპერატურა უფრო დიდი ან ნაკლებია, ვიდრე გაზის ტემპერატურა). რაც უფრო მეტად ირღვევა წონასწორობა, მით უფრო სწრაფად მიმდინარეობს პროცესი ზოგადად და მით უფრო მკვეთრად ირღვევა გაზის დასვენების მდგომარეობა.

თერმოდინამიკური პროცესის დროს შეიცვლება სისტემის (სხეულის) წონასწორობის პარამეტრები, რომელთა მიმართება მოცემულია მდგომარეობის განტოლებით. f(p,V,T)=0და შიდა ენერგია, რომლის ცვლილება შეიძლება განისაზღვროს ფორმის განტოლებით f(U, T, V)=0.

თერმოდინამიკაში ფ=const პირობით გამოხატულ კანონზომიერებებს დაქვემდებარებულ პროცესებს უწოდებენ პოლიტროპული(ბერძნული მანიფოლტით). გაზის პარამეტრების ცვლილება პოლიტროპულ პროცესში განისაზღვრება მნიშვნელობით ნინდიკატორს უწოდებენ პოლიტროპებიდა თითოეული პროცესისთვის ის მუდმივია.

პროცესების შესწავლა სხვადასხვა ღირებულებით ნმიგვიყვანს პოლიტროპული პროცესების რამდენიმე განსაკუთრებულ შემთხვევამდე, რომლებიც განსაკუთრებით გამოირჩევიან კვლევაში:

იზობარული პროცესი (მუდმივი წნევა), პოლიტროპული ინდექსი არის 0;

იზოთერმული პროცესი (მუდმივი ტემპერატურა), პოლიტროპული ინდექსი არის 1;

ადიაბატური პროცესი (მიმდებარე სივრცესთან სითბოს გაცვლის გარეშე), პოლიტროპული ინდექსი მუდმივი რიცხვის ტოლია;

იზოქორული პროცესი (მოცულობა მუდმივია), პოლიტროპული მაჩვენებელი სიმრავლის ტოლია.

ნივთიერების თვისებას, რომელიც მიუთითებს ენერგიის რაოდენობაზე, რომელიც შეიძლება გარდაიქმნას სითბოდ, ეწოდება - ენთალპია.ეს ნიშნავს, რომ მიუხედავად იმისა, რომ მატერიას შეიძლება ჰქონდეს ენერგია ტემპერატურაზე და წნევაზე დაფუძნებული, მისი მთელი სითბო ვერ გადაიქცევა. შინაგანი ენერგიის ნაწილი ყოველთვის რჩება მატერიაშიდა ინარჩუნებს თავის მოლეკულურ სტრუქტურას. ნივთიერების კინეტიკური ენერგიის ნაწილი მიუწვდომელია, როდესაც მისი ტემპერატურა გარემოს ტემპერატურას უახლოვდება. ენთალპიაგანსაზღვრული როგორც მატერიის მთლიანი ენერგია, ვინაიდან იგი უდრის მისი შიდა ენერგიის ჯამს (u) მოცემულ მდგომარეობაში და სითბოს გადაქცევის უნარს სამუშაოდ გარკვეულ ტემპერატურასა და წნევაზე (pv). მაგრამ სინამდვილეში, ენთალპია არ მიუთითებს ნივთიერების მთლიან ენერგიაზე მოცემულ ტემპერატურაზე აბსოლუტურ ნულზე (-273°C). ამიტომ, იმის ნაცვლად, რომ განსაზღვროს ენთალპიაროგორც ნივთიერების მთლიანი სითბო, უფრო ზუსტად განვსაზღვრავთ მას, როგორც ნივთიერების ხელმისაწვდომი ენერგიის მთლიან რაოდენობას, რომელიც შეიძლება გარდაიქმნას სითბოდ.

H=U+pV

ენთალპიის ერთეულები- ბრიტანული თერმული ერთეული ან ჯული ენერგიისთვის და Btu/lbm ან J/kg კონკრეტული ენერგიისთვის.

განვიხილოთ, რა არის სითბოს ძრავის ეფექტურობა

თერმული ეფექტურობა

თუ ტემპერატურას შორის მუშაობს სხვადასხვა ციკლური სითბური ძრავები T 1და T 2და თუ ამ სისტემებიდან ზოგიერთი შექცევადია, მაშინ ეფექტურობა ყველა სისტემა ერთნაირია და შეუქცევადს ექნება ეფექტურობა. არ აღემატება ეფექტურობას შექცევადი სისტემები.

ხახუნის ძალის გარდა არაფერი გვიშლის ხელს, რომ მარტივი მექანიზმის (ბერკეტი, ბლოკი, კარიბჭე და ა.შ.) ეფექტურობა 100%-მდე მივიყვანოთ. სხეულის მთელი მექანიკური ენერგია შეიძლება გარდაიქმნას შინაგანად, თავად სხეულისა და მიმდებარე სხეულების შინაგან ენერგიად.

J/°C

ამ რაოდენობას ტრაპია ეწოდება.

თერმოდინამიკის პირველი კანონი ადგენს ნებისმიერ წონასწორულ სისტემაში ერთმნიშვნელოვანი მდგომარეობის ფუნქციის არსებობას - შინაგანი ენერგიის არსებობას, რომელიც არ იცვლება გარე გავლენის არარსებობის შემთხვევაში სისტემაში რაიმე პროცესის დროს.

თერმოდინამიკის მეორე კანონი ადგენს ნებისმიერ წონასწორულ სისტემაში სხვა ცალსახა მდგომარეობის ფუნქციის არსებობას - ენტროპია, რომელიც, თუმცა, შინაგანი ენერგიისგან განსხვავებით, იზოლირებულ სისტემაში არ იცვლება მხოლოდ წონასწორობის პროცესებში და ყოველთვის იზრდება მასში არაწონასწორობის პროცესებში. ამრიგად,თერმოდინამიკის მეორე კანონი არის ენტროპიის კანონი.

თქვენ შეგიძლიათ დააკავშიროთ თერმოდინამიკის პირველი და მეორე კანონის მათემატიკური გამონათქვამები ერთ განტოლებაში:

პირველი

მეორე

სადაც მივიღებთ

ამ მიმართებას, რომელიც მოიცავს თერმოდინამიკის პირველ და მეორე კანონებს, ეწოდება თერმოდინამიკური იდენტურობა. ყველა მიღებული განტოლება გამოიყენება შექცევადი ციკლებისა და პროცესებისთვის.

გარე გავლენის გარეშე, პროცესები შეიძლება გაგრძელდეს მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ენტროპია მუდმივია (შექცევადი პროცესებისთვის) ან იზრდება (შეუქცევადი პროცესები).

შეუძლებელია ისეთი მანქანის აშენება, რომელიც მას სამუშაოდ გადააქცევს გაცივებული სხეულების სითბოს გამო.

დახურული სისტემის ენტროპიის მაქსიმალური მნიშვნელობა მიიღწევა, როდესაც სისტემა მიდის თერმოდინამიკური წონასწორობის მდგომარეობაში. თერმოდინამიკის მეორე კანონის ასეთი რაოდენობრივი ფორმულირება მოგვცა კლაუზიუსმა.

არაწონასწორი მდგომარეობიდან წონასწორობაზე გადასვლა არის გადასვლა მდგომარეობიდან, რომელიც შეიძლება განხორციელდეს უფრო მცირე რაოდენობის გზებით მდგომარეობამდე, რომელიც შეიძლება განხორციელდეს ბევრად უფრო დიდი რაოდენობით. დახურული სისტემისთვის ყველაზე სავარაუდო იქნება მდგომარეობა, რომელიც რეალიზდება ყველაზე დიდი რაოდენობით, ე.ი. თერმული წონასწორობის მდგომარეობა.

ამავდროულად, სისტემის სპონტანური გამოსვლა წონასწორული მდგომარეობიდან ნაკლებად სავარაუდოა. გზების რაოდენობას, რომლითაც შესაძლებელია მოცემული წონასწორობის მდგომარეობის რეალიზება, ეწოდება თერმოდინამიკური ალბათობა ω.

ω გზების რაოდენობა, რომლებშიც შეიძლება განხორციელდეს სისტემის მოცემული მდგომარეობა, რომელიც შედგება, მაგალითად, ორი სხეულისგან, ტოლია ω 1 და ω 2 გზების რიცხვების ნამრავლის ნამრავლისა, რომელშიც თითოეულის მდგომარეობებია. ეს ორგანოები ცალკე შეიძლება განხორციელდეს

ω სისტემა = ω 1 ω 2

თერმოდინამიკური ალბათობა არ არის დაკავშირებული სისტემის თერმული მახასიათებლებთან, არამედ მხოლოდ მექანიკურთან.

ამ შემთხვევაში ენტროპია ტოლი იქნება

სადაც K არის უნივერსალური აირის მუდმივი, მოხსენიებული ერთ მოლეკულაზე და უდრის 1,38∙10 -23 J/°С

K=R/N ა

სადაც R არის გაზის მუდმივი;

N A არის ავანგარდის რიცხვი.

სასრული სიმკვრივის ქიმიურად ერთგვაროვანი სხეულის ენტროპია, რადგან ტემპერატურა მიისწრაფვის აბსოლუტური ნულისკენ, მიდრეკილია შეზღუდვისკენ, რომელიც არ არის დამოკიდებული წნევაზე, სიმკვრივესა და ფაზაზე. ამიტომ მოსახერხებელია 0°K-ზე მდგომარეობის აღება, როგორც საწყისი მდგომარეობა და ვივარაუდოთ, რომ

ამ განტოლებას ნერსტის კანონი ან თერმოდინამიკის მესამე კანონი ეწოდება.

მაშინ თვითნებური მდგომარეობის ენტროპია განისაზღვრება ცალსახად. ამ გზით აღმოჩენილ ენტროპიას ზოგჯერ აბსოლუტურ ენტროპიას უწოდებენ.

სისტემის თერმოდინამიკური მდგომარეობა აბსოლუტურ ნულზე შეესაბამება მხოლოდ ერთ თერმოდინამიკურ მდგომარეობას ყველაზე დაბალი ენერგიით, რომელიც თავსებადია მოცემულ კრისტალურ სტრუქტურასთან ან სისტემის აგრეგაციის მოცემულ მდგომარეობასთან.

ლექცია 2

MPC ატომური სადგურის ემისიებისთვის 0.05 Sv/წელი პერსონალისთვის 0.005 Sv/წელი ახლომდებარე მოსახლეობისთვის

თერმოდინამიკურ სისტემას შეუძლია სასარგებლო სამუშაოს წარმოება მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ თერმოდინამიკური პროცესი.ამ შემთხვევაში, ძირითადი თერმოდინამიკური პარამეტრები P ასევე იცვლება, ვდა თ. თერმოდინამიკური პროცესიარის თერმოდინამიკური სისტემის მდგომარეობების ცვლილებების ერთობლიობა მისი ერთი მდგომარეობიდან მეორეში გადასვლისას.

ჩვენ მხოლოდ განვიხილავთ წონასწორული თერმოდინამიკური პროცესებიხდება წონასწორობის სისტემებში. წონასწორობის მდგომარეობასისტემას ეწოდება მდგომარეობა, როდესაც წნევა და ტემპერატურა სისტემის ყველა წერტილში ერთნაირია. წონასწორული მდგომარეობიდან გამოყვანილი და გარემოს მუდმივ პარამეტრებზე თავისთვის დატოვებული სისტემა, გარკვეული დროის შემდეგ კვლავ მოვა ამ პარამეტრების შესაბამის წონასწორულ მდგომარეობამდე. პროცესს, რომელიც გადის სისტემის ალტერნატიული წონასწორობის მდგომარეობებში, ეწოდება წონასწორობის პროცესი.

წინააღმდეგ შემთხვევაში, სისტემა არაწონასწორობა. რეალურ დროში ყველა პროცესი, როგორც წესი, არაბალანსირებულია. წონასწორული სისტემების არსებობის ვარაუდი ემყარება იმ ფაქტს, რომ წონასწორობის მდგომარეობიდან გამოყვანილი და გარემოს მუდმივ პარამეტრებზე თავისთვის დატოვებული ნებისმიერი სისტემა გარკვეული დროის შემდეგ დაუბრუნდება წონასწორობის მდგომარეობას. სისტემის ასეთ სპონტანურ (გარე გავლენის გარეშე) დაბრუნება წონასწორობის მდგომარეობაში ე.წ. დასვენება, და დროის ინტერვალი, რომლის დროსაც რეალური სისტემა უბრუნდება წონასწორობის მდგომარეობას, ეწოდება დასვენების დრო. თუ რეალური პროცესი უფრო ნელია ვიდრე რელაქსაცია, მაშინ პროცესი წონასწორულია. სხვადასხვა პროცესებისა და სხვადასხვა პარამეტრებისთვის, დასვენების დრო განსხვავებულია. შინაგანი პროცესები, რომლებიც ანაზღაურებენ დისბალანსს, როდესაც იცვლება სხეულის მდგომარეობა და აღადგენს თერმოდინამიკურ წონასწორობას, არის ენერგიის გაცვლის ელემენტარული პროცესები მოლეკულების შეჯახების დროს.

საინტერესოა აღინიშნოს, რომ მოლეკულების მთარგმნელობითი მოძრაობის ენერგიის გარდაქმნა ბრუნვის მოძრაობის ენერგიად და პირიქით, მოლეკულების შეჯახების დროს ხდება ძალიან სწრაფად. ამრიგად, მოცულობაში წნევა უთანაბრდება ხმის სიჩქარეს (340 მ/წმ-ზე მეტი ჰაერში ნორმალურ ფიზიკურ პირობებში). ტემპერატურა გაცილებით ნელია. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ტემპერატურის მატებასთან ერთად მოლეკულების მთარგმნელობითი ან ბრუნვითი მოძრაობის ენერგიის გარდაქმნა ვიბრაციულ ენერგიად შედარებით ნელია. ზოგადად, ენერგიის გაცვლის ყველა პროცესი, რომელიც მოიცავს მოლეკულური მოძრაობის თავისუფლების ვიბრაციულ ხარისხს, მოითხოვს შედარებით დიდ დროს მათ განსახორციელებლად.

განვიხილოთ, მაგალითად, გაზის შეკუმშვის პროცესიცილინდრი . თუ დგუშის ერთი პოზიციიდან მეორეზე გადაადგილების დრო მნიშვნელოვნად აღემატება დასვენების დროს, მაშინ დგუშის გადაადგილების პროცესში წნევა და ტემპერატურა ექნება დრო, რომ გაათანაბროს ცილინდრის მთელ მოცულობაში. ეს გასწორება უზრუნველყოფილია მოლეკულების უწყვეტი შეჯახებით, რის შედეგადაც დგუშიდან გაზზე მიწოდებული ენერგია საკმაოდ სწრაფად და თანაბრად ნაწილდება მათ შორის. თუ დგუშის შემდგომი გადაადგილება მოხდება ანალოგიურად, მაშინ სისტემის მდგომარეობა დროის თითოეულ მომენტში პრაქტიკულად წონასწორული იქნება.

თეორიულად, წონასწორობის პროცესი შეიძლება განხორციელდეს მხოლოდ სისტემის მდგომარეობისა და გარე პირობების უსასრულოდ ნელი ცვლილებით. ამ თვალსაზრისით, დრო, როგორც აქტიური ფიზიკური ფაქტორი, არ გამოიყენება წონასწორობის პროცესებში.

F მდგომარეობის განტოლება (P, v, T) = 0 სამღერძულ კოორდინატულ სისტემაში Р, ვდა T წარმოადგენს ზედაპირს ე.წ თერმოდინამიკური ზედაპირი. თუ ამ ზედაპირს (ნახ. 1.8) კოორდინატთა ღერძების პარალელური სიბრტყეებით დავჭრით, მივიღებთ მოსახვევებს. მაგალითად, მონაკვეთი სიბრტყით T = const იძლევა წნევის ცვლილების ხაზს, რაც დამოკიდებულია მოცულობაზე P და კოორდინატებში. ვაღწერილ პროცესს იზოთერმული ეწოდება.
თერმოდინამიკაში ბიაქსიალური სისტემა P და კოორდინატებით ვ(ნახ. 1.9).