Ішкі энергия

Термодинамиканың екінші заң ы.

Жылу қ ұ былыстарын монометр жә не термометр сияқ ты аспаптар тіркейтін шамалардын (макроскопиялық параметрлердің) жә рдемімен бейнелеуге де болады. Бұ л жаб-дық тар жеке молекулалардьщ ә серін елемейді. Денелердің молекулалық қ ұ рцлымы ескерілмейтін жылулық процестер теориясын термодинамика деп атайды.

ІШКІ ЭНЕРГИЯ

Термодинамика XIX ғ асырдың ортасында, энергияның сақ талу заң ы ашылғ аннан кейін жасалды. Оньщ негізінде ішкі энергия ү ғ ымы жатыр. Біз осыдан бастаймыз. Алдын ала термодинамика мен молекула-кинетикалық теория арасында қ андай байланыс барлығ ы туралы біраз айта кетейік.

Термодинамика жә не статистикалық механика. Жылулық про-цестердің бірінші ғ ылыми теориясы молекула-кинетикалық теория емес, термодинамика болды. Ол жү мыс жасау ү шін жылуды пайдаланудың тиімді шарттарын зерттеу барысында пайда болады. Бұ л молекула-кинетикалық теория қ алың кепшілік қ абылдап кү ш алғ анғ а дейін, одан кеп бұ рын, XIX ғ асырдың орта шенінде болғ ан еді.

Қ азірде ғ ылымда жә не техникада жылулық қ ү былыстарды зерттеуде молекула-кинетикалық теориямен қ атар термодинамика да пайдаланы-лады. Теориялық физикада молекула-кинетикалық теорияны статисти-калық механика деп атайды. Термодинамика мен статистикалық механика бірдей қ ү былыстарды ә р тү рлі ә дістермен зерттейді жә не бір-бірін езара толық тырып отырады.

Термодинамиканың ең басіпы мазмуны энергияның ө згерісіне қ атыспгы екі негізгі заң нан турады. Бул заң дар Іпә жірибе жузінде тагайындалады. Олар барлық заттар ушін, олардың ішкі қ урылымына тә уелсіз, тура орындалады.

Статистикалық механика термодинамикағ а қ арағ анда ә лдеқ айда терең жә не дә л ғ ылым, оның есесіне ете кү рделі. Оғ ан термодинамиканың қ арапайым қ атынастары жеткіліксіз болғ ан жағ дайда жү гінеді.

Молекула-кииетикалық теориядағ ы ішкі энергия. XIX ғ асырдың орта шенінде макроскопиялық денелерде механикалық энергиямен қ оса, тағ ы да сол денелердің ішінде тү тылғ ан энергия бар екендігі дә лелденді. Бұ л ішкі энергия табиғ аттағ ы энергиялық тү рленулер балансына кіреді. Ішкі энергия ашылғ аннан кейін энергияның сақ талу жә не айналу заң ы тұ жырымдалды. Ішкі энергия дегеніміз не?

Тек қ ана жү йенің ішкі параметрлерімен анық талатын, ө зара ә рекеттесетін денелер жү йесінің энергия бө лігін ішкі энергия деп атайды. Дененің ішкі энергиясы оны қ ұ растыратын атом жә не молекулалардың ретсіз жылулық қ озғ алысының кинетикалық энергиясының жә не олардың ө зара ә рекеті потенциалдық энергиясының қ осындысы.

Термодинамиканың бірінші заң ы — бұ л жылу қ ү бы-лыстарына таралғ ан энергияның сақ талу заң ы. Ол ішкі энергияның ө згеруі қ андай себептерге байланысты екенін кө рсетеді. Бү л ұ лы заң соншалық ты қ арапайым.

Энергияның сақ талу заң ы. XIX ғ асырдың орта кезіне таман ғ алымдардың кө птеген тә жірибелері механикалык энергия ешқ ашан із-тү зсіз жойылып кетпейтінін дә лелдеді. Мысалы, балғ а бір кесек қ орғ асынғ а соғ ылса, қ орғ асын белгілі бір шамағ а қ ызады. Ү йкеліс кү ші денені тежейді, ол соның салдарынан қ ызады.

Осы сияқ ты сан алуан бақ ылаулар мен тә жірибелік фактілерді корыту негізінде энергияның сақ талу заң ы тұ жырымдалғ ан:

Табиғ аттағ ы энергия жоқ тан пайда болмайды жә не жоғ алмайды; энергияның мө лшері ө згермейді. Ол тек бір тү рден екінші бір тү рге ө теді.

Энергияның сакталу заң ы табиғ аттағ ы барлық қ ұ былыстарды басқ арады жә не оларды біртү тас етіп біріктіреді. Ол абсолют дә л орындалады: оның орындалмай қ алғ ан ешбір жағ дайы болғ ан жоқ.

Бұ л заң ды XIX ғ асырдың ортасында, білімі жағ ынан дә рігер, неміс ғ алымы Р. Майер (1814—1878), ағ ылшын ғ алымы Д. Д ж о-у л ь (1818—1889) ашты жә не оның толығ ырак тұ жырымдамасы неміс ғ алымы Г. Ге л ь м г о л ь ц т і ң (1821 — 1894) ең бектерінде берілді.

Термодинамиканың бірінші заң ы. Жылу қ ұ былыстарына таралғ ан энергияның сақ талу жә не айналу заң ы термодинамиканың бірінші заң ы деп аталады.

Термодинамикада ауырлык центрінің қ алпы іс жү зінде ө згермейтін денелер қ арастырылады. Денелердің механикалық энергиясы тү рақ ты болып қ алады да, тек олардың ішкі энергиясы ө згеретін болады.

Бұ ғ ан дейін біз жү йенің ішкі энергиясының не жұ мыс істеу есебінен, немесе қ оршағ ан денелермен жылу алмасу есебінен ө згеретін процестерін қ арастырдық. Жалпы жағ дайда жү йе бір кү йден басқ а кү йге еткенде ішкі энергия бір мезгілде жұ мыс атқ ару есебінен де, сондай-ақ жылу беру есебінен де ө згеретін болады. Термоди-намиканың бірінші заң ы дә л осындай жалпы жағ дайларғ а арналып тұ жырымдалады.

Жү йенің бір кү йден екінші кү йгө эткендегі оның ішкі энергмясының ө згеруі сыртқ ы кү штердің жұ мысы мен жү йеге берілген жылу мө лшерінің қ осындысына тең:

∆ U=A+Q

Егер жү йе оқ шауланғ ан болса, онда ол жү йеде жұ мыс істелмейді (А = 0) жә не ол қ оршағ ан денелермен жылу алмаспайды (Q = 0).

Термодинамиканың бірінші заң ының мағ ынасы мынада: басқ а денелермен ә рекеттескен дененің ішкі энергиясы тұ рақ ты болмайды.

Бірақ дененің ішкі энергиясының кез келген ұ лғ аюы, сандық ө лшемі онымен бірдей, басқ а ә рекеттесетін денелер энергиясының кемуін тудырады. Сыртқ ы кү штердің А басқ а денелермен денеге берілген ішкі энергиясының ө лшемі.