Termodinamik - Giroskop haqida Giroskop

|
Giroskop haqida Giroskop
|
bet | 21/21 | Sana | 12.12.2023 | Hajmi | 131,11 Kb. | | #117429 |
Bog'liq MavzularTermodinamik muvozanatda bo’lmagan tizimlarda ko’chish hodisalari Reja :
Issiqlik uzatishning asosiy tushunchasi.
Termadinomik jarayonlar.
Materiya holatlar va issiqlik sig’imi
Termodinamik muvozanat - termodinamik tizim holati; bunda tizimni tavsiflovchi barcha parametrlar aniq qiymatlarga ega boʻlib, bu qiymatlar tashqi muhit oʻzgarmasa, istagancha vaqt davomida oʻzgarmay qolaveradi. Termodinamik muvozanat holatiga oʻtgan tizimda issiqlik oʻtkazuvchanlik, diffuziya kabi har qanday qaytmas jarayonlar toʻxtaydi.
Tizimning tashqi muhit bilan oʻzaro munosabatiga qarab, uning Termodinamik muvozanat holatiga oʻtganligini turli fizik kattaliklarning kuzatilayotgan sharoitdagi erishgan chegaraviy qiymatlari orqali aniklash mumkin. Mac, tashqi muhitdan adiabatik tarzda ajratilgan tizimda entropiya oʻzining erishishi mumkin boʻlgan eng katta qiymatga ega boʻladi; termostatdagi tizim uchun erkin energiya eng kichik qiymatni oladi; oʻzgarmas tashqi bosim taʼsirida boʻlgan termostatdagi tizim uchun Gibbs termodinamik potensiali eng kichik qiymatga erishadi.
Termodinamika - bu fizikaning bir moddadagi issiqlik va boshqa xususiyatlar (bosim, zichlik, harorat va boshqalar) o'rtasidagi o'zaro bog'liqligi.
Xususan, termodinamika asosan termodinamik jarayonlarni boshidan kechirayotgan fizik tizim ichidagi turli xil energiya almashinuvi bilanbog'liq bo'lgan issiqlik uzatishning qanday bo'lishiga e'tibor qaratadi. Bunday jarayonlar odatda tizim tomonidan bajariladigan ishlarga olib keladi va termodinamika qonunlariga amal qiladi. Muvozanatsiz termodinamika ning filialidir termodinamika mavjud bo'lmagan jismoniy tizimlar bilan shug'ullanadi termodinamik muvozanat ammo tizimni termodinamik muvozanatda aniqlash uchun ishlatiladigan o'zgaruvchilarning ekstrapolyatsiyasini ifodalaydigan o'zgaruvchilar (muvozanatsiz holat o'zgaruvchilari) bo'yicha tavsiflash mumkin. Muvozanatsiz termodinamika
bilan bog'liq transport jarayonlari va stavkalari bilan kimyoviy reaktsiyalar. Bu termodinamik muvozanatning ozmi-ko'pmi yaqinligi deb o'ylash mumkin bo'lgan narsalarga asoslanadi.
Tabiatda mavjud bo'lgan deyarli barcha tizimlar termodinamik muvozanatda emas, chunki ular o'zgarib turadi yoki vaqt o'tishi bilan o'zgarishi mumkin va ular doimiy ravishda va uzluksiz ravishda boshqa tizimlarga va boshqa tizimlarga va kimyoviy reaktsiyalarga ta'sir qiluvchi moddalar va energiya ta'sirida bo'ladi. Ammo ba'zi tizimlar va jarayonlar foydali ma'noda hozirgi vaqtda ma'lum bo'lgan muvozanatsiz termodinamikalar tomonidan foydali aniqlik bilan tavsiflash uchun termodinamik muvozanatga etarlicha yaqin. Shunga qaramay, ko'plab tabiiy tizimlar va jarayonlar doimo noan'anaviy dinamikaning mavjudligi sababli muvozanatsiz termodinamik usullar doirasidan tashqarida qoladi, bu erda erkin energiya tushunchasi yo'qoladi.[1] Muvozanat bo'lmagan tizimlarni termodinamik o'rganish, ko'rib chiqilgandan ko'ra ko'proq umumiy tushunchalarni talab qiladi muvozanat termodinamikasi. Muvozanat termodinamikasi va muvozanatsiz termodinamikaning bir asosiy farqi bir hil tizimlarning muvozanatli termodinamikasida hisobga olinmaydigan reaktsiya tezligini bilishni talab qiladigan bir hil bo'lmagan tizimlarning xattiharakatlarida. Bu quyida muhokama qilinadi. Boshqa asosiy va juda muhim farq, umuman, ta'riflashdagi qiyinchilik yoki imkonsizdir entropiya bir zumda termodinamik muvozanatda bo'lmagan tizimlar uchun makroskopik nuqtai nazardan; buni foydali yaqinlashish uchunfaqat puxta tanlangan maxsus holatlarda, ya'ni mahalliy termodinamik muvozanatda bo'lgan holatlarda amalga oshirish mumkin. Moddalar, odatda, quyidagi uchta asosiy holatning bittasida bo’ladi: gaz, suyuqlik va qattiq jism ko’rinishida. Plazma deb ataluvchi ionlangan gazni ba’zan moddaning to’rtinchi holatidan iborat deb hisoblaydilar.
Bitta jismni o’zi turli sharoitlarda turli holatlarda bo’lishi mumkinligi muqarrardir. Tekshirilayotgan jism berilgan o’zgarmas sharoitlarda har doim bitta holatdagina bo’ladi, masalan, suv atmosfera bosimi va 200 Gradus (s) temperaturada faqat bug’ ko’rinishida bo’ladi. Tekshirilayotgan modda holatini aniqlash uchun modda holatining holat parametrlari deb yuritiladigan qulay tavsifnomalari kiritiladi.
Moddaning xossasi intensiv va ekstensiv bo’lishi mumkin. Tizimdagi modda miqdoriga bog’liq bo’lmagan xossalar intensiv xossalar deb aytiladi (bosim, temperatura va boshqalar). Modda miqdoriga bog’liq bo’lgan xossalar ekstensiv xossalar deb aytiladi. Solishtirma, ya’ni modda miqdori birligiga nisbatan olingan ekstensiv xossalar intensiv xossalar ma’nosiga ega bo’lib qoladi. Masalan, solishtirma hajm, solishtirma issiqlik sig’imi va shunga o’xshashlar intensiv xossalar sifatida tekshiriladi. Termodinamikaviy tizimlarning holatini belgilovchi intensiv xossalar tizim holatining termodinamikaviy parametrlari deb aytiladi. Holat parametrlaridan eng ko’p tarqalgani jismning absolyut temperaturasi, absolyut bosimi va solishtirma hajmidir. Temperatura Eng muhim parametrlardan biri absolyut temperaturadir. Temperatura jismning issiqlik holatini tavsiflaydi. Issiqlikningfaqat ko’proq qizdirilgan jismdan kamroq qizdirilgan jismgagina, ya’ni yuqori temperaturali jismdan past temperaturali jismga o’tishi tajribadan juda yaxshi ma’lum
Shunday qilib, jismlar temperaturasi bu jismlar orasida issiqlikning o’zo’zidan o’tishi mumkin bo’lgan yo’nalishni aniqlaydi.
Temperatura, masalan, termometrlar yordamida o’lchanadi.
Temperaturani o’lchash uchun foydalaniladigan har qanday asbobqat’iy belgilangan temperatura shkalasiga muvofiq graduslarga bo’lingan bo’lishi kerak. Hozir turli temperatura shkalalari – Selsiy, Farangeyt,Reomyur va Renkin shkalalaridan foydalaniladi. Bu shkalalar orasidagi nisbat1- jadvalda keltirilgan.
Termodinamikaviy tadqiqotlarda 1848 yilda buyuk ingliz olimi Kelvin taklif etgan shkaladan foydalaniladi. Kelvin shkalasining noli sifatida ideal gaz molekulalarining tartibsiz harakati to’xtaydigan temperature qabul qilingan: bu temperatura absolyut nolp deyiladi. Absolyut nolp Selpsiy shkalasi bo’yicha – 273,15 gradus (S) temperaturaga muvofiq keladi. Kelvin shkalasi bo’yicha hisoblanadigan temperatura doimo musbat bo’ladi. U absolyut temperatura yoki Kelvin bo’yicha temperatura deyiladi va K bilan belgilanadi.
Termodinamikaviy jarayon:
Ham o’zaro, ham atrofdagi muhit bilan ta’sirlashib turuvchi material jismlar to’plamini termodinamikaviy tizim deb ataymiz, ko’rib chiqilayotgan tizim chegarasidan tashqarida bo’lgan boshqa barcha material jismlarni tashqi muhit deb atash qabul qilingan. Agar holat parametrlaridan loaqal bittasi o’zgarsa, u holda tizimning holati o’zgaradi, ya’ni tizimda termodinamikaviy, jarayon sodir bo’ladi.
Termodianmikaviy tizimda sodir bo’ladigan barcha jarayonlarni muvozanatdagi va muvozanatdagimas, qaytar va qaytmas jarayonlarga bo’lish mumkin. Muvozanatdagi jarayon tizimning barcha qismlari bir xil temperaturaga va bir xil bosimga ega ekanligi bilan tavsiflanadi. Jarayonning o’tish jarayonida tizimning turli qismlari har xil temperatura, bosim, zichlik va hokazolarga ega bo’lsa, bunday jarayon muvozanatdagimas jarayon deb aytiladi.
Har qanday real jarayon ma’lum darajada muvozanatdagimas holatda bo’ladi. Bundan keyin «jarayon» deganda biz muvozanatdagi jarayonni tushunamiz.Termodinamikaning eng muhim tushunchalaridan biri qaytar va qaytmas jarayonlar haqidagi tushunchadir. Termodinamikaviy jarayon termodinamikaviy tizimning uzluksiz o’zgarib turadigan holatlari to’plamidan iboratdir. Tizimning har qanday ikkita holati: 1 va 2 oralig’ida bitta yo’lning o’zidan o’tadigan ikkita jarayonni tasavvur etishi mumkin: holat 1 dan holat 2 ga va aksincha holat 2 dan holat 1 ga; bunday jarayonlar to’g’ri va teskari yo’nalishdagi jarayonlar deb aytiladi.
To’g’ri va teskari yo’nalishdagi jarayon natijasida termodinamikaviy tizim dastlabki holatiga qaytadigan jarayonlar qaytar jarayonlar deb aytiladi. To’g’ri va teskari yo’nalishlarda o’tkazilganda tizim dastlabki holatiga qaytmaydigan jarayonlar qaytmas jarayonlar deb aytiladi. Tajribadan ma’lumki, o’z-o’zidan sodir bo’ladigan barcha tabiiy jarayonlar qaytmas bo’ladi; tabiatda qaytar jarayonlar bo’lmaydi. Tizimda o’z-o’zidan sodir bo’ladigan har qanday jarayon va binobarin, qaytmas jarayon tizimda muvozanat qaror topmaguncha davom etadi.
Tajriba shuni ko’rsatadiki, muvozanatga erishgan tizim keyinchalik shunday holatda qolaveradi, ya’ni holatini o’zicha o’zgartira olmaydi. Yuqorida aytib o’tilganlar asosida quyidagi natijaga kelish qiyin emas: tizim faqat muvozanat
holatiga kelmaganiga qadargina ish bajara oladi. Issiqlik o’tkazuvchanlik hodisasi gaz yoki qattiq jismning issiqroq qatlamdan sovuqroq qatlamga ΔQ issiqlik miqdorining o’tishidan iborat.
Issiqlik o’tkazuvchanlik hodisasi sodir bo`lishi uchun harorat gradient mavjud bo`lishi kerak .
Harorat Т ning o’zgarishi OХ o’qi yo’nalishida
yuz berayotgan bo’lsin va OX o’qqa tik qilib olingan Δs yuza orqali Δ t vaqt davomida uzatilgan issiqlik miqdori Fur`e qonuni bilan aniqlanadi . Bundagi minus ishora ΔQ issiqlik miqdorining Т harorat kamayib borayotgan tomonga o’tishini ko’rsatadi. -gazning turiga va uning qanday sharoitda turganligiga bog`liq bo’lib, issiqlik o’tkazuvlik koeffitsiyenti deyiladi. Demak, gazning yoki qattiq jismning issiqlik o`tkazuvchanlik koeffisienti – harorat gradienti 1 birlikka teng bo`lganholda birlik yuza orqali birlik vaqtda uzatiladigan issiqlik miqdori bilan harakterlanuvchi kattalikdir.
Termodinamik jarayonlar
Tizimda biron bir energetik o'zgarish mavjud bo'lganda, odatda bosim, hajm, ichki energiya o'zgarishi (ya'ni harorat) yoki har qanday issiqlik uzatish bilan bog'liq bo'lsa, tizim termodinamik jarayonni boshdan kechiradi. Maxsus xususiyatlarga ega bo'lgan termodinamik jarayonlarning bir necha o'ziga xos turlari mavjud:
Adiabatik jarayon - tizimga yoki undan tashqariga issiqlik o'tkazmaydigan jarayon. Isoxorik jarayon - bu hajm o'zgarmasdan, bu holda tizim ishlamaydi.
Izobarik jarayon - bu bosim o'zgarmas jarayon.
Izotermik jarayon - haroratning o'zgarishi bo'lmagan jarayon.
Moddaning holati - bu moddiy moddani namoyon qiladigan fizik tuzilish turining tavsifi, bu materialning qanday tutashligini (yoki tutmasligini) tavsiflovchi xususiyatlari. Beshta materiya holati mavjud, garchi ulardan faqat uchtasi odatda materiya holatlari haqida o'ylaganimizga kiritilgan:
gaz suyuq qattiq
plazmaortiqcha suyuqlik (masalan, Bose-Eynshteyn kondensati) Ko'pgina moddalar gaz, suyuqlik va materiyaning qattiq fazalari oralig'ida o'tishi mumkin, holbuki juda oz miqdordagi noyob moddalar ortiqcha suyuqlik holatiga kirishi ma'lum. Plazma chaqmoq kabi materiyaning o'ziga xos holatidir kondensatsiya - suyuqlikka gaz
muzlatish - suyuqlikdan qattiqgacha erish - qattiq suyuqlikka aylanadi sublimatsiya - qattiq gazga bug'lanish - suyuq yoki qattiq gazga Issiqlik sig'imi
Issiqlik sig'imi
C, jism issiqlik o'zgarishi nisbati (energiya o'zgarishi, Δ)QYunoncha Delta belgisi, Δ haroratning o'zgarishini (Δ) miqdorning o'zgarishini bildiradiT).
C = Δ Q / Δ T
Bir moddaning issiqlik sig'imi, moddaning isishi osonligini anglatadi. Yaxshi issiqlik o'tkazgichi past issiqlik quvvatiga ega bo'ladi, bu oz miqdordagi energiya katta harorat o'zgarishiga olib kelishini ko'rsatadi. Yaxshi issiqlik izolyatori katta issiqlik sig'imiga ega bo'ladi, bu harorat o'zgarishi uchun ko'p energiya uzatish kerakligini anglatadi.
Ideal gaz tenglamalari
Haroratga bog'liq bo'lgan turli xil ideal gaz tenglamalari mavjud (T1), bosim (P1) va hajmi (V1). Termodinamik o'zgarishlardan keyin bu qiymatlar quyidagilar bilan belgilanadi:T2), (P2) va (V2). Ma'lum bir modda miqdori uchun, n (mol bilan o'lchanadi), quyidagi munosabatlar mavjud:Boyl qonuni ( T doimiy):
P 1 V 1 = P 2 V 2
Charlz / Gey-Lussak qonuni (P doimiy): V1/T1 = V2/T2
Ideal gaz qonuni: P1V1/T1 = P2V2/T2 = nR
R bo'ladi ideal gaz doimiysi, R = 8.3145 J / mol * K. Ma'lum miqdordagi materiya uchun nR doimiy gaz bo'lib, u ideal gaz qonunini beradi.
Termodinamika qonunlari
Termodinamikaning nolinchi qonuni - Uchinchi tizim bilan termal muvozanatdagi ikkita tizim bir-biriga termal muvozanatda. Termodinamikaning birinchi qonuni - Tizim energiyasining o'zgarishi bu ish uchun sarflangan quvvatni minus hisobga olgan holda tizimga qo'shilgan energiya miqdori.
Termodinamikaning ikkinchi qonuni - Jarayonning iloji yo'q, chunki uning yagona natijasi issiqlikni salqin jismdan issiqqa o'tkazish. Termodinamikaning uchinchi qonuni - Cheklangan bir qator operatsiyalarda biron bir tizimni mutlaq nolgacha kamaytirish mumkin emas. Bu degani, mukammal samarali issiqlik dvigatelini yaratib bo'lmaydi.
|
| |