2-ma‘ruza: Tеrmodinamikaning II qonuni. Entropiya. Tеrmodinamik potеntsiallar. Foydali ish koeffitsiynti

2-ma‘ruza: Tеrmodinamikaning II qonuni. Entropiya. Tеrmodinamik potеntsiallar. Foydali ish koeffitsiynti.

Reja

• 1. Jarayonlarning yo`nalishi
• 2. Tеrmodinamikaning II qonuni.
• 3. Entropiya.
• 4. Tеrmodinamik potеntsiallar

Energiyalar almashinuvini qat’iy ekvivalent tarzda bo’lishini ta’kidlab, tabiatdagi o’z-o’zidan sodir bo’ladigan jarayonlarning yo’nalishi xaqida xech qanday ma’lumot bermaydi.

Termodinamikaning l qonuni orqali izolyatsiyalangan siste-malarda qandaydir jarayon sodir bo’ladimi, yo’qmi? Bilish qiyin. Bunday sistemada termodinamikaning l qonuni bo’yicha sistema-ning energiyasi doimiy bo’lsa bas.

Termodinamikaning ll qonuni esa, aksincha o’z-o’zidan sodir bo’ladigan jarayonlarning yo’nalishi xaqida ma’lumot beradi.

• Termodinamikaning ll qonunini S. Karno ochgan. U issiqlikni ishga aylanish (1824 y.) sharoitini o’rganib, issiqlik mashinalarida issiqlik manbaidan olingan issiqlikning xammasi butkul ishga o’ta olmasligini, uning bir qismi sovutgichga o’tishi shartligini isbotladi. Agar issiqlik manbaidan olingan issiqlik Q1 deb, sovutgichga berilgan issiqlik esa Q2 deb belgilansa, ular orasidagi farq (Q1-Q2). Ishga (W) aylangan issiqlik miqdorini ko’rsatadi.
• Foydali ish koeffitsienti () ushbu tenglama orqali ifodalanadi:

Issiqlik mashinasining foydali ish koeffitsienti () ishchi jism tabiatiga bog’liq bo’lmay, faqat haroratlar farqi bilan ifodalanadi (Karno-Klauzius teoremasi). Bu teorema termodinamikaning ll qonuni bilan bog’lanadi va ushbu tenglama bilan ifodalanadi:

• Binobarin, issiqlikni ishga aylantirish mashinasi- issiqlik mashinasi faqat haroratlar farqi mavjud bo’lgandagina ishlaydi.
• T1 - T2 = T
• YUqorida issiqlik mashinasining ishlash sxemasi keltirilgan. Bu sxema bo’yicha mashinaning ishchi jismi 1ta ish tsiklini (doirasini) bajarish uchun T1 haroratda issiqlik manbaidan Q1 issiqlikni oladi. SHu tsikl mobaynida u T2 haroratli sovutgichga (T1>T2) ozroq miqdorda issiqlik beradi (Q2). So’ngra ishchi jism dastlabki holatga qaytadi

• V. Ostvald esa bu qonunni «Abadiy ishlaydigan ll turdagi doimiy dvigatelni yaratish mumkin emas» deb ta’riflaydi. Lll tur abadiy dvigatel deganda pastdagi sxemada ko’rsatilgandek, issiqlik manbaidan olingan barcha issiqlikni ishga aylantiradigan, ya’ni sovutgichga issiqlik bermaydigan issiqlik mashinasi tushuniladi:
•  
•  
• W=Q
• Ishchi jism
• Issiqlik manbai

• Bunday mashinani bo’lishi mumkin emas. SHunday qilib, energiyaning istagan shakli butkul issiqlikka aylanishi mumkin, issiqlik energiyasi esa boshqa tur energiyasiga to’liq o’ta olmaydi, qisman o’tadi xolos.
• S. Karno termodinamikaning ll qonunini shunday ta’riflaydi:
• Berilgan tsiklning foydali ish koeffitsienti - mashina tomonidan bajarilgan ishning, issiqroq issiqlik manbaidan olingan issiqlikga bo’lgan nisbatiga teng

Entropiya va ehtimollik

Issiq pechka olov yoqilmasa, o’z-o’zidan sovub xona xaroratiga o’tadi. YAna buni extimoligi ko’p. Binobarin sistema xar doim extimolligi kam holatdan ko’p holatga o’tadi. YA’ni pechkaning sovush extimolligi shubxasiz yoki gazning kichik xajmdan katta xajmga o’tishi extimolligi yuqori. Entropiya extimollikning qandaydir jixatdan funktsiyasi deyish mumkin: S=f(W) Boltsman entropiyani extimollik bilan bog’lovchi formula yaratdi:

S= Ê lnW

K - proportsionallik koeffitsienti, lnW - ehtimollik logarifmi. Bu formuladan ehtimollik ortishi bilan entropiya ortishini kuzatish mumkin. Lekin entropiya ehtimollikka nisbatan sekinroq ortadi. Masalan, ehtimollik 100 bo’lsa ln100=2 bo’gani uchun entropiya 2 atrofida bo’ladi. Boltsman bo’yicha sistema har doim ehtimolligi kam holatdan extimolligi ko’p holatga o’tadi. Ehtimolligi ko’p holat- bu eng barqaror holatdir. Sistema shu vaqtda barqaror bo’ladiki, qachonki u eng kichik (minimum) erkin energiyaga va eng katta (maksimum) entropiyaga ega bo’lsin.

Entropiya va tartibsizlik.

Entropiya bu tartibsizlik bilan bog’liq faktordir. Sistemaning tartibsizligi qancha yuqori bo’lsa, entropiya xam katta bo’ladi. Istagan yopiq yoki izolirlangan sistemada entropiya o’zgarishini ushbu tenglama bilan ifodalash mumkin:

Izotermik qaytar jarayonlar uchun deb yozish mumkin qariyb barcha jarayonlar amalda qaytmas bo’ladi.

Pirovardida barcha o’zgarishlarda energiyaning ma’lum qismi issiqlikka o’tadi; issiqlik esa energiyaning boshqa turlariga qisman aylanadi. Natijada, qaytmas jarayonlarda ushbu tengsizlik kuzatiladi: , ya’ni jarayon qaytmas bo’lsa, entropiya xar doim ortadi.

• Izolirlangan sistemalarda, tashqi muxit bilan issiqlik almashmaydigan sistemalarda jarayonlar energiya o’zgarishisiz sodir bo’ladi. YA’ni dQ=0 (energiya o’zgarmaydi); qaytar jarayonda esa dQ>0 bo’ladi. Termodinamikaning l qonuniga muvofiq
• dQ=dG’+dA
• Izotermik qaytar jarayon uchun ekanligini hisobga olsak: dQ=TdS yoki TdS=dG’+dA bo’ladi.

YUqoridagi ifoda qaytar jarayonlar uchun termodinamika-ning l va ll qonunlari birlashgan tenglamasi, qaytmas jarayonlar uchun esa TdS>dQ va dS>dQ/T yoki TdS>dG’+dA kelib chiqadi.

Nazorat savollari

• Tеrmodinamikaning II qonuni
• Foydali ish koeffitsiеnti.(FIK).
• Entropiya bu tartibsizlik bilan bog’liq faktordir