Термодинамика дегеніміз не? Бұл макроскопиялық жүйелердің қасиеттерін зерттейтін физиканың бір бөлімі. Сонымен қатар энергияны түрлендіру әдістері мен оны беру әдістері де зерттеуге жатады. Термодинамика – физиканың жүйелерде болып жатқан процестерді және олардың күйлерін зерттейтін бөлімі. Ол оқитын нәрселер тізімінде тағы не бар екенін айтатын боламыз.
Анықтама
Төмендегі суретте құмыра ыстық суды зерттеу кезінде алынған термограмманың мысалын көруге болады.
Термодинамика – эмпирикалық жолмен алынған жалпыланған фактілерге сүйенетін ғылым. Термодинамикалық жүйелерде болатын процестер макроскопиялық шамалар арқылы сипатталады. Олардың тізімі концентрация, қысым, температура және т.б. сияқты параметрлерді қамтиды. Олар жеке молекулаларға қолданылмайтыны анық, бірақ жүйенің жалпы түріндегі сипаттамасына дейін төмендетілген (мысалы, электродинамикада қолданылатын шамалардан айырмашылығы).
Термодинамика – физиканың өз заңдылықтары бар саласы. Олар, басқалары сияқты, жалпы сипатта болады. А-ның құрылымының нақты мәліметтерібіз таңдаған кез келген басқа субстанция заңдардың табиғатына айтарлықтай әсер етпейді. Сондықтан олар физиканың бұл саласы ғылым мен техникада ең қолданылатын (дәлірек айтсақ, сәтті қолданылған) салалардың бірі екенін айтады.
Қолданба
Мысалдар тізімі өте ұзақ болуы мүмкін. Мысалы, термодинамикалық заңдарға негізделген көптеген шешімдерді жылу техникасы немесе электр энергетикасы саласында табуға болады. Химиялық реакцияларды, фазалық ауысуларды, тасымалдау құбылыстарын сипаттау және түсіну туралы айтудың қажеті жоқ. Айтпақшы, термодинамика кванттық динамикамен «ынтымақтасады». Олардың жанасу сферасы қара тесіктер құбылысының сипаттамасы болып табылады.
Заңдар
Жоғарыдағы суретте термодинамикалық процестердің бірі – конвекцияның мәні көрсетілген. Заттың жылы қабаттары көтеріледі, ал суық қабаттары төмендейді.
Заңдардың балама атауы, айтпақшы, жиі қолданылатын, термодинамиканың бастамасы. Бүгінгі күні олардың үшеуі бар (плюс бір «нөл» немесе «жалпы»). Бірақ заңдардың әрқайсысы нені білдіретіні туралы айтпас бұрын, термодинамиканың принциптері қандай деген сұраққа жауап беруге тырысайық.
Олар макрожүйелерде болып жатқан процестерді түсінуге негіз болатын белгілі бір постулаттар жиынтығы. Термодинамика принциптерінің ережелері тәжірибелердің тұтас сериясы ретінде эмпирикалық түрде бекітіліп, ғылыми зерттеулер жүргізілді. Осылайша, кейбір дәлелдер барпостулаттарды олардың дәлдігіне еш күмәнсіз қабылдауға мүмкіндік береді.
Кейбір адамдар термодинамикаға дәл осы заңдар не үшін қажет деп ойлайды. Жарайды, оларды пайдалану қажеттілігі физиканың осы бөлімінде макроскопиялық параметрлер олардың микроскопиялық табиғатын немесе бір жоспардың ерекшеліктерін ескерусіз жалпы түрде сипатталғандығынан деп айта аламыз. Бұл термодинамиканың емес, нақтырақ айтсақ, статистикалық физиканың саласы. Тағы бір маңызды нәрсе - термодинамика принциптерінің бір-бірінен тәуелсіз болуы. Яғни, екіншісінің бірі жұмыс істемейді.
Қолданба
Термодинамиканың қолданылуы, бұрын айтылғандай, көптеген бағыттар бойынша жүреді. Айтпақшы, оның бір қағидасы негізге алынады, ол энергияның сақталу заңы түрінде әртүрлі түсіндіріледі. Термодинамикалық шешімдер мен постулаттар энергетика, биомедицина, химия сияқты салаларда сәтті енгізілуде. Мұнда биологиялық энергияда энергияның сақталу заңы мен термодинамикалық процестің ықтималдығы мен бағыты заңы кеңінен қолданылады. Сонымен қатар, мұнда бүкіл жұмыс және оның сипаттамасы негізделген үш кең таралған ұғымдар қолданылады. Бұл термодинамикалық жүйе, процесс және процесс фазасы.
Процестер
Термодинамикадағы процестердің күрделілігі әртүрлі. Олардың жетеуі бар. Жалпы, бұл жағдайда процесті макроскопиялық күйдің өзгеруінен басқа ештеңе деп түсіну керек.бұл жүйе бұрын берілген. Шартты бастапқы күй мен соңғы нәтиже арасындағы айырмашылық шамалы болуы мүмкін екенін түсіну керек.
Егер айырмашылық шексіз аз болса, онда орын алған процесті элементар деп атауға болады. Егер біз процестерді талқылайтын болсақ, қосымша шарттарды атап өтуге тура келеді. Олардың бірі – «жұмыс органы». Жұмыс сұйықтығы – бір немесе бірнеше жылу процестері жүретін жүйе.
Процестер шартты түрде тепе-теңдіксіз және тепе-теңдікке бөлінеді. Соңғысы жағдайында термодинамикалық жүйе өтуге тиісті күйлердің барлығы сәйкесінше тепе-теңдік емес. Көбінесе күйлердің өзгеруі мұндай жағдайларда жылдам қарқынмен жүреді. Бірақ тепе-теңдік процестері квазистатикалық процестерге жақын. Оларда өзгерістер баяуырақ.
Термодинамикалық жүйелерде болатын жылу процестері қайтымды және қайтымсыз болуы мүмкін. Мәнін түсіну үшін іс-әрекеттер тізбегін бейнелеуімізде белгілі бір аралықтарға бөлейік. Егер біз бірдей «жол станцияларымен» бірдей процесті кері орындай алатын болсақ, онда оны қайтымды деп атауға болады. Әйтпесе, ол жұмыс істемейді.
