2. Модельдеудегі термодинамика заңдары
2.1 Энергияның сақталуы. Термодинамиканың бірінші заңы. Энергия теңдеуі
2.2 Күй теңдеуі. Энтропия. Термодинамиканың екінші заңы
Өзіндік жұмысқа арналған сұрақтар
2.2 Күй теңдеуі. Энтропия. Термодинамиканың екінші заңы
Континуумға термодинамикалық жүйедегі күй беру дегеніміз бұл жүйені толығымен сипаттау. Бұл сипаттау жалпы жағдайда күй параметрлері деп аталатын бірнеше термодинамикалық және кинематикалық шамалармен анықталады. Егер күй параметрі уақыт бойынша өзгерсе, онда термодинамикалық процесс жүреді. Берілген жүйені сипатттауда қолданылатын күй параметрлерінің барлығы да тәуелсіз емес: олардың арасында күй теңдеуі деп аталатын функционалдық байланыс бар. Басқа күй параметрлерінің бірмәнді функциясымен өрнектеуге болатын кез-келген күй параметрі күй функциясы деп аталады.
Термодинамиканың бірінші заңы механикалық және жылу энергиясының өзара бір-біріне алмасуын сипаттайды. Термодинамикалық процесс кезіндегі жылу мен жұмыстың кинетикалық және ішкі энергияға өтуін сипаттайтын қатынас энергия теңдеуінің ішінде тұжырымдалған. Бірақ та термодинамиканың бірінші заңы бұл процесс қайтымды ма, жоқ әлде қайтымсыз ба деген сұрақты жауапсыз қалдырады. Барлық нақты процесстер қайтымды емес. Көп жағдайда энергия диссипациясын ескермеуге болатындай аз деп есептеуге болатындықтан, қайтымды процесстерден өте жақсы идеализация шығады. Қайтымсыздықтың негізгі критерийі, энтропия өндірісіндегі бірқатар шектеулерді орнататын термодинамиканың екінші заңында бар.
Термодинамиканың екінші заңы екі түрлі күй функциясының бар екенің айтады. Олар
абсолют температура Т және энтропия
S.
Олардың қасиеттері жайында төменде айтамыз. Абсолютті температура Т –
эмпирикалық температура
-ның
ғана функциясы болатын оң шама. Энтропияның аддитивтік қасиеті бар. яғни,
жүйенің толық энтропиясы оның бөліктерінің энтропиясының қосындысына тең. Тұтас
орта механикасында меншікті энтропия (масса бірлігіне келетін) немесе
S
энтропия тығыздығы ұғымын еңгізеді. Демек,
S
толық энтропия
интегралына
тең. Жүйенің өз ішінде болатын өзгерістерден немесе қоршаған орта әсерінен жүйе
энтропиясы өзгереді. Сондықтан келесі теңдікті жазуға болады:
,
(3.33)
мұндағы
dS
– меншікті энтропия өсімшесі,
–
сыртқы орта
әсерінің
өсімшесі,
–
ішкі өзгерістер.
өсімшесі
ешқашанда теріс болмайды. Қайтымды процесстерде ол нөлге тең, ал қайтымсыз
процесстерде ол оң болады. Сонымен
(қайтымсыз процесстерде) (3.34)
(қайтымды процесстерде) (3.35)
Егер
қайтымды процесстерде бірлік массаға келетін жылу ағының
арқылы
белгілесек, онда
өзгеруі
келесі формуламен беріледі:
.
(3.36)