Termodinamikaning birinchi qonuni Reja: Energiyaning saqlanish va aylanish qonuni

3. Gazning kengayishida bajarilgan ish

Issiqlik –termodinamikaning eng muhim tushunchalaridan biridir. Issiqlik tushunchasi mohiyatan ish tushunchasiga yaqin. Issiqlik ham, ish ham energiya uzatish formalaridandir. Shuning uchun ham jismning biror issiqlik yoki ish zahirasi bor deb atashning hech qanday ma’nosi yo‘q.

Faqat jismga ma’lum miqdorda issiqlik yoki ish berilgan (yoxud jismdan olingan) deb ta’kidlash mumkin. Gazning kengayishida bajargan ishi uning holat parametrlari p, va T larga bog‘liqdir. Gazning kengayishida bajargan ishini tenglamasini keltirib chiqarish uchun, termodinamik jarayon muvozanatda hamda bosim o‘zgarmas deb qabul qilamiz. Aytaylik, silindr porsheni ostida 1 kg gaz tursin. Uning bosimi p atrof muhit bosimi p_m ga teng, solishtirma hajmi ₁ va porshen yuzasi F bo‘lsin (2 rasm). Gazga elementar dq issiqlik miqdori uzatilsa, gaz o‘zgarmas bosimda kengayib porshenni biror dS masofaga siljitadi hamda tashqi kuchlarga qarshi elementar ish bajaradi:

d =pFdS=pd (12)

Gazning ₁ hajmdan ₂ gacha kengayishida bajarilgan to‘la ishni (3 -rasm) quyidagicha ifodalash mumkin.

(13)
Yuqoridagi ifodadan ko‘rinib turibdiki, yopiq termodinamik tizimda gazning kengayishi hisobiga bajarilgan ish bosim bilan hajm o‘zgarishining ko‘paytmasiga teng. Termodinamik tizimning bajargan ishi musbat yoki manfiy ishorali bo‘lishi mumkin. Masalan, gaz tashqi kuchlar ta’siridan siqilsa, ya’ni porshen chap tomonga qarab harakatlansa, unda bajarilgan ish manfiy (d <0), aksincha kengaygan gaz porshenni o‘ng tomonga qarab harakatlantirsa, unda tizim (gaz) ning bajargan ishi musbat (d >0) ishorali bo‘ladi.
Tashqi bosim kuchlariga qarshi bajariladigan, tizim hajmining o‘zgarishiga bog‘liq bo‘lgan ish ₁ kengayish ishi deb yuritiladi. Kengayish ishini tizim atrofdagi muhit ustida bajaradi.
Shuni qayd qilib o‘tish lozimki, tashqi bosim kuchlariga qarshi kengayish ishi jism hajmi o‘zgargandagina (va tashqi bosim nolga teng bo‘lmaganida) bajariladi.

2-rasm.

3-rasm

Bundan keyin biz asosan muvozanatdagi jarayonlarni ko‘rib chiqamiz, ular uchun p=p_m tenglik to‘g‘ridir. Tizim kengayish ishining (13) tenglama bilan aniqlanadigan kattaligini p –diagramma yordamida hisoblash qulay. Tizim hajmi o‘zgarish jarayonining shu diagrammada tasvirlanishini ko‘rib chiqamiz (3-rasm).
Tizim hajmi ₁ dan v₂ gacha o‘zgaradi. Hajm o‘zgaradigan jarayonda tizim o‘tadigan holatlar nuqta A va B lar orasidagi jarayon egri chizig‘ida joylashadi. Tizimning kengayish ishi p – diagrammada jarayon egri chizig‘i ostidagi yuza bilan tasvirlanishi (13) tenglamadan ko‘rinib turibdi.


4-rasm.
Tizim ₁ hajmga ega bo‘lgan holatdan ₂ holatgacha kengayganda tizim bajaradigan ishning kattaligi bu holatlarning parametrlarigagina emas, balki, kengayish jarayonining qanday yo‘l bilan amalga oshirilayotganligiga ham bog‘liq. Haqiqatan ham (4)-rasmda tasvirlangan p – diagrammadan ko‘rinib turibdiki, kengayish jarayoni qaysi yo‘ldan (A, B, yoki C dan) borishiga qarab integralning kattaligi turlicha bo‘ladi.

Shunday qilib kengayish ishi jarayonning funktsiyasidir.