Mövzu 1 Termodinamika və statistik fizikanın predmeti, əsas anlayışları. Termodinamikanın postulatları Plan

Termodinamikanın əsas anlayışları: temperatur və entropiya
Termodinamikanın əsas anlayışlarından biri temperaturdur. Bu anlayışın daxil edilməsi üçün tam subyektiv olan biranlayışdan - cisimlərin qızma dərəcəsi ifadəsindən istifadə olunur. Biz cismin qızma dərəcəsindən asılı olaraq dəyişən və asanlıqla təcrübədə müşahidə olunan parametrlərdən istifadəedərək bu anlayışa daha obyektivməna verə bilərik. Belə parametrlər olaraq şüşə boruda(maye) civə sütununun hündürlüyü, sabit həcmli qazın təzyiqinin dəyişməsi, naqilin müqaviməti və s. ola bilər. İstənilən belə dəyişən parametrlərin ölçülməsi empirik termometr hazırlanması üçün əsas verə bilər. Bu halda şərti və yaempirik temperaturu ölçmək üçün şkala ixtiyari şəkildə seçilə bilər. Məsələn, istənilən civəli termometrlərdən istifadə zamanı şərti temperatur olaraq hal - hazırda vahidlərdə seçilmiş civə sütununun hündürlüyü və ya bu parametrdən asılı olaraq dəyişən - monoton artan bir funksiya götürmək olar. Bir şeyi də qeyd edək ki, hər bir empirik termometr məhdud tətbiq olunma(heç olmazsa bir təcrübədən)oblastına malikdir.Məsələn, civəli termometrlərin tətbiq olunma hüdudu civənin donma temperaturudur, qaz termometrləri üçünsə aşağı tətbiq olunma hüdudu qazın kondensasiya temperaturudur, müqavimət termometri üçün yuxarı tətbiq olunma hüdudu metalın ərimə temperaturudur.

Bir sıra hallarda bu məhdud oblastların bir - birini örtməsi hesabına hər - hansı bir empirik termometri əsas qəbul edərək çox geniş oblastda şərti temperaturu ölçə bilərik.

Termostat anlayışı daxil edək. Bu adla elə bir cisim nəzərdə tutulur ki, (onun) istilik tutumu onunla kontaktda olan istənilən təcrübə aparılan sınaq cisminin istilik tutumundan çox böyük olur. Bu o deməkdir ki, bir təcrübədə ixtiyari cisimlə kontaktda olarkən termostatın temperaturu dəyişmir və digər tərəfdən müəyyən müddət keçdikdən sonra ixtiyari sınaq cisminin temperaturu kontaktda olduğu termostatın temperaturu ilə eyni olur.

Termpstatda qazla dolu qab yerləşdirək. Porşenin köməyi ilə qazın

həcmini dəyişərək təzyiqini ölçək. Əgəralınan nəticələri müstəvisindənöqtələrləbirləşdirsək, qazın növündən və termostatıntemperaturundanasılı olaraq fərqlənən əyrlərini(izoterm) alarıq. 1,2,...əyrilərinin

tənliklərini ...şəklində yazaq. Burada nömrələməni elə aparaq ki, nömrənin artması şərti temperaturun artmasına uyğun gəlsin.

İndi sonsuz sayda, kifayət qədər sıx yerləşmiş izotermlər dəstinə baxaq. Tutaq ki,bir izotermdən digərinə keçid zamanı termostatın və deməli həm də qazın temperaturu sonsuz kiçik dəyişir. Onda izotermlərin nömrəsini kəsilməz dəyişən parametri ilə əvəz etmək lazım gəlir. Belə parametr kimi şərti(empirik) temperaturu götürə(seçə) bilərik.

Tutaq ki, şərti temperaturuna uyğun izoterm tənliyi ilə təsvir edilir. Bu qeyri - aşkar tənliyi -ya nəzərən həll etsək, alarıq. Təcrübələr göstərir ki, eyni qazın izotermləri heç vaxt kəsişmir. Nəticədə şərti temperatur sistemin və parametrləri ilə təyin olunan halının bir qiymətli funksiyası olur.

Qeyd etmək lazımdır ki, şərti temperatur yeganə üsulla daxil eddilmir. şərti temperaturu ilə eyni hüquqlu ixtiyari monoton artan və kəsilməz funksiyası şərti temperatur kimi seçilə bilər. Bu temperatur şkalasının dəyişməsinə(ümumi halda qeyri xətti) uyğundur.

Təcrübələr göstərir ki,mayeləşmə nöqtəsindən uzaqda(yüksək temperatur və kiçik təzyiqlərdə) izotermlər təqribən bərabər qollu hiperbolalar olur:

. (1)

Nəticədə tənliklərinə maddə halının termik tənliyivə ya sadəcə hal tənliyi adlanır. tənliyinin doğru olduğu və izotermi (1) tənliyinə uyğun olan qaz termik ideal qaz və ya qısaca ideal qaz adlanır.

Real qazlar bu tənliyə ancaq təqribən tabe olur, daha doğrusu, temperatur nə qədər yüksək və qazın sıxlığı nə qədər kiçik olsa bir o qədər çox tabe olur.

Beləliklə, təcrübi faktları ümumiləşdirsək aşağıdakı postulatı daxil edərik - temperatur prinnsipi: sistemin yeganə olmayan şərti temperatur adlanan elə hal funksiyası var ki, termostat daxilində baş verən istənilən prosesdə sabit qalır.

İdeal istilik keçirməyən divarları və porşeni olan qab adiabat adlandırılır. Qazı adiabat daxilində yerləşdirərək, onda istilik izolyasiyası şərti ilə baş verən tarazlıq prosesilərini izləyə bilərik. Belə proses adiabatik proses adlanır. Porşenin köməyi ilə qazın həcmini dəyişərək təzyiqi ölçməklə yenidən müstəvisində adiabat adlanan əyrini alarıq. Əgər sonra adiabatın istilik izolyasiyasını pozsaq, yəni onu müəyyən müddət daha böyük və ya kiçik şərti temperaturlu cisimlə kontakta gətirsək və daha sonra istilik izolyasiyasını bərpa edərək, yuxarıdakı qayda ilə ölçməni aparsaq, başqa bir adiabat alarıq. Buprosesi çox dəfə təkrar edərək

müstəvisində termostatdakı izoterm halına oxşar olaraq adiabat toru alarıq.

1,2,...... nömrəli adiabatların tənliyini , ... şəklində

yazaq.

Bu halda adiabatları elə nömrələyəkki, nömrəli adiabatdan nömrəli

adiabata keçəndə adiabatəvvəlkindən daha yuxarı temperaturlu cisimlə əlaqədəolmuş olsun.Sonsuz sıxtora keçək. Bununüçün adiabatınistilikizolyasiyasını hər dəfəkifayət qədər kiçikzaman müddətindəpozmaqvə onu adiabata nəzərən azacıq yüksək temperaturlu cisimlə əlaqəyəgətirmək lazımdır. Onda adiabatların nömrəsini kəsilməz dəyişən parametri ilə əvəz etməkolar. Bu kəmiyyət şərti entropiya adlandırılır. tənliyini -ya nəzərən həll etsək, alarıq. Hər bir adiabat üzərində -öz sabit qiymətini saxlayır və -in əvəzində adiabatı onunla(yəni ilə) xarakterizə etmək olar; şərti entropiyanın qiymətləri , , ... kimi işarə olunur.

Təcrübələr göstərir ki, eyni bir qazın adiabatları bir - biri ilə kəsişmir. Nəticədə, şərti entropiya sistem halının bir qiymətli funksiyası olur. Şərti temperatur kimi şərti entropiya da yeganə yolla(qayda ilə) daxil edilmir;ixtiyari monoton artan və kəsilməz funksiyası da şərti entropiya kimi daxil edilə bilər. Təcrübələr həmçinin adiabat toru ilə izoterm toru arasında bir xassəni də əminliklə verir: müstəvisində hər bir adiabat hər bir izotermlə bir dəfə və yalnız bir dəfə kəsişir. Buradan alınır ki, və , dəyişənlər cütlükləri arasında əlaqə qarşılıqlı birqiymətlidir. müstəvisində hər bir nöqtəyə ancaq və ancaq bir , ədədlər cütü uyğun olur. Ona görə ki, bu nöqtədən ancaq bir izotermi və ancaq bir adiabatı keçir(izotermlər bir - biri ilə və adiabatlar da bir - biri ilə kəsişmir). Əksinə qazın halını müstəvisində təsvir etsək,bu müstəvinin hər bir nöqtəsinə ancaq və ancaq bir ədədlər cütü uyğun gəlir. Ona görə ki, izotermi və adiabatı müstəvisində ancaq bir nöqtədə kəsişir. Buradan isə alınır ki, qaz halını ədədlər cütü kimi , ədədlər cütü ilə də xarakterizə etmək oiar və qazın halını təsvir etmək üçün və müstəviləri eyni dərəcədə əlverişlidir. Termik ideal qazlar üçün müəyyən temperatur intervalında adiabatlar ( )

(1)

tənliyi ilə təsvir edilir;burada - adiabat göstəricisi adlanır və verilmiş qaz üçün sabit kəmiyyətdir. (1) qanunu bir atomlu qaz üçün ionlaşma temperaturundan çox kiçik olan istənilən temperatur üçün doğru olur; çox atomlu qaz üçün kifayət qədər geniş temperatur intervalında doğrudur.

münasibəti maddə halının kalorik tənliyi adlanır. Qeyd edək ki, tənliyinin doğru olduğu və adiabatları (1) tənliyini ödəyən qazlar kalorik ideal qazlar və ya həqiqiqazlar adlanır. Qeyd edək ki, həqiqi ideal qazlarhökmən(mütləq) termik ideal qaz olur. Əks mülahizə ümumiyyətlə doğru deyil,termik ideal qaz üçün kifayət qədər böyük intervalda münasibəti temperaturdan asılı olur. olduğundan müstəvisində adiabat izotermə nisbətən oxuna doğru daha sürətlə meyl edir. Ona görə də "hər bir adiabat hər bir izotermlə bir və ancaq bir nöqtədə kəsişir" fikri həqiqi qaz üçün trivial bir fikir olur. Ona görə ki, tənliklər sisteminin həlli aşağıdakı kimi olur:

,

Biz təcrübi faktları ümumiləşdirərək termodinamikanın aşağıdakı postulatını daxil edə bilərik - entropiya prinsipi: şərti entropiya adlanan elə birqiymətli yeganə olmayan hal funksiyası mövcuddur ki, adiabat daxilində baş verən ixtiyari prosesdə dəyişməz qalır. və , dəyişən cütləri arasında qarşılıqlı birqiymətli uyğunluq var. Qazlar üçün şərti entropiyaya təzyiq və həcmin funksiyası kimi baxmaq olar: . Kalorik ideal qazlar üçün və o, ancaq hasilindən asılıdır.