Termodinamikaning birinchi qonuni

Termodinamikaning birinchi qonuni - bu fanning asosiy qonunlaridan biri bo'lib, u issiqlik, massa almashinuvi va kimyoviy jarayonlarni amalga oshirishi kerak bo'lgan termodinamik tizimlar uchun energiya saqlanishning umumiy fizik qonunini ifoda qiladi. Saqlanish qonuni (energiya balansi tenglamasi) shaklida birinchi qonun oqim termodinamikasida va muvozanatsiz termodinamikada qo'llaniladi. Muvozanat termodinamikasida termodinamikaning birinchi qonuni odatda energiyaning saqlanish qonunining oqibatlaridan biri sifatida tushuniladi, buning natijasida o'quv va ilmiy adabiyotlarda qo'llaniladigan birinchi qonun formulalarining bir xilligi yo'q.

Tarixiy ma'lumotnoma

Termodinamikaning birinchi qonuni 19-asr oʻrtalarida nemis olimi J. R. Mayerning mexanik energiyaning saqlanish qonunini dastlab issiqlikka (1842), keyin esa (1845) va undan keyin kengaytirilgan faoliyati natijasida shakllantirildi. Barcha mexanik bo'lmagan hodisalar, yangi qonunni eksperimental asoslab bergan ingliz fizigi J. P. Joul (1843) va nemis fizigi X. Helmgolts (1847), Mayerning ishlarini bilmagan holda, energiyaning saqlanish qonunini kengaytirdilar. uning barcha turlariga to'g'ri keldi va ushbu qonunning umume'tirof etilishida hal qiluvchi rol o'ynadi.

Termodinamikaning birinchi qonunining turli formulalarining xususiyatlari

Termodinamikaning birinchi qonuni ko'pincha hech qanday manbadan energiya olmasdan ishlaydigan birinchi turdagi doimiy harakatlanuvchi mashinaning (abadiy mobil) mavjudligining mumkin emasligi sifatida ifodalanadi . Bu bayonotning energiyaning saqlanish qonuni bilan bog'liqligi o'z-o'zidan ma'lum.

Tizimning mikroskopik tavsifidan makroskopik tavsifga o'tish tizimni tavsiflash uchun zarur bo'lgan fizik miqdorlar sonining tubdan kamayishiga olib keladi. Shuning uchun termodinamikada tizim ichida mikrodarajada sodir bo'ladigan energiya o'zgarishlari - ba'zan juda murakkab bo'lganlar - batafsil emas, balki bu maqsad uchun maxsus kiritilgan makroskopik miqdor - umumiy energiyaning tarkibiy qismi bo'lgan ichki energiya orqali birgalikda tavsiflanadi. mikroskopik nuqtai nazardan tizimga kiritilgan barcha zarrachalar energiyalarining yig'indisi bo'lgan tizim. Shu sababli, oqim termodinamigi va muvozanatsiz termodinamika masalalari ko'rib chiqilmaydigan darsliklarda birinchi qonun ko'pincha makroskopik tizimlar fizikasiga qo'shimcha miqdor sifatida ichki energiya g'oyasini kiritadigan postulat sifatida shakllantiriladi. termodinamik tizim holatining bir qiymatli, uzluksiz va chekli skalyar funksiyasi. Boshqa har qanday davlat funktsiyasiga kelsak, ichki energiyaning o'zgarishi 𝑈 cheksiz kichik jarayonda to'liq differentsial mavjud 𝑑𝑈 va doiraviy jarayonda ichki energiyaning o'zgarishi nolga teng.

Maxsus holatlar

Keling, bir necha xususiy holatlarni ko'rib chiqaylik:

1. Agar $q>0,$ bu tizimga issiqlik yetkazib berilishini anglatadi.
2. Agar $q<0,$ bu issiqlikning tizimdan olib tashlanishini anglatadi.
3. Agar $q=0,$ u holda tizim yoki sabablarning biriga ko'ra atrof-muhit bilan issiqlik almashmaydi: yoki u bilan termodinamik muvozanat holatida yoki adiabatik izolyatsiya qilingan yoki statsionar issiqlik almashinuvi holatida.

Xulosa: yakuniy jarayonda $1\to 2$ issiqlikning elementar miqdorlari har qanday belgiga ega bo'lishi mumkin. Biz oddiygina chaqirgan issiqlikning umumiy miqdori $q$ bu jarayonning barcha qismlarida qayd etilgan issiqlik miqdorlarining algebraik yig'indisidir. Jarayon davomida issiqlik turli yo'llar bilan tizimga kirishi yoki chiqishi mumkin.

Energiya oqimlari yo'q bo'lganda, qachonki $q=0$, tizimning ishlashi $w$ ekanligiga olib keladi $\delta U<0$, va tizimning energiyasi $U$ kamayadi. Chunki ichki energiya $U$ cheklangan bo'lsa, tizim cheksiz uzoq vaqt davomida tashqi energiya bilan ta'minlanmasdan ish olib boradigan jarayon mumkin emas, bu birinchi turdagi doimiy harakatlanuvchi mashinalarning mavjudligini taqiqlaydi.

• qaytar (siklik) jarayonda $(\Delta U=0)$

$W=-Q$ belgilarning termodinamik tizimida

$W=Q~~~$ belgilarning termotexnik tizimida

• izobarik jarayonda

$Q=\Delta U+W=\Delta U+p\Delta V$

• izoxorik jarayonda ( $W=0$ )

$Q=\Delta U={m \over M}C_{V}\Delta T$

• izotermik jarayonda $(\Delta U=0)$

$Q=W={m \over M}RT\ln {V_{2} \over V_{1}}$

Bu yerda

$\ m$ - gazning massasi,

$\ M$- gazning molyar massasi,

$\ C_{V}$ - doimiy hajmdagi molyar issiqlik sig'imi,

$\ p,V,T$ - gazning bosimi, hajmi va harorati mos ravishda va oxirgi tenglik faqat ideal gaz uchun to'g'ri keladi.

Adabiyotlar

• Callen H. B.. Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics, 2nd ed, N. Y. e. a.: John Wiley, 1985. ISBN 0471862568, 9780471862567. 
• Cohen E. R., Cvitaš T., Frey J. G. e. a.. Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry, 3rd ed, Cambridge: The Royal Society of Chemistry Publishing, 2007. ISBN 978-0-85404-433-7. 
• Kirchhoff Gustav. Vorlesungen über mathematische Physik. Band IV. Vorlesungen über die Theorie der Wärme. Leipzig: Verlag von B. J. Teubner, 1894. 
• Tisza Laszlo. Generalized Thermodynamics. Cambridge (Massachusetts) — London (England): The M.I.T. Press, 1966. 
• Александров А. А.. Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок. М.: Изд-во МЭИ, 2004. ISBN 5-7046-1094-3. 
• Артемов А. В.. Физическая химия, Бакалавриат. М.: Академия, 2013. ISBN 978-5-7695-9550-9. 
• Базаров И. П.. Термодинамика, 5-е изд, Учебники для вузов. Специальная литература, СПб.—М.—Краснодар: Лань, 2010. ISBN 978-5-8114-1003-3. 
• Беккер Р.. Теория теплоты. М.: Энергия, 1974. 
• Белоконь Н. И.. Термодинамика. М.: Госэнергоиздат, 1954. 
• Большая Советская Энциклопедия, 3-е изд, М.: Советская Энциклопедия, 1975.  Архивная копия от 23 июня 2017 на Wayback Machine
• Борн М. Критические замечания по поводу традиционного изложения термодинамики (рус.) // Развитие современной физики. — Отв. ред. Б. Г. Кузнецов. — М.: Наука, 1964. — 331 с. — С. 223—256.
• Борщевский А. Я.. Физическая химия. Том 1 online. Общая и химическая термодинамика. М: Инфра-М, 2017. ISBN 978-5-16-104227-4. 
• Воронин Г. Ф.. Основы термодинамики. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987. 
• Второе начало термодинамики: Сади Карно — В. Томсон-Кельвин — Р. Клаузиус — Л. Больцман — М. Смолуховский. М.—Л.: Гостехиздат, 1934. 
• Вукалович М. П., Новиков И. И.. Термодинамика. М.: Машиностроение, 1972. 
• Герасимов Я. И., Древинг В. П., Еремин Е. Н. и др.. Курс физической химии, 2-е изд, М.: Химия, 1970. 
• Гиббс Дж. В.. Термодинамика. Статистическая механика, Классики науки. М.: Наука, 1982. 
• Гуггенгейм. Современная термодинамика, изложенная по методу У. Гиббса. Л.—М.: Госхимиздат, 1941. 
• Каратеодори К. Об основах термодинамики (1909) (рус.) // Развитие современной физики. — Отв. ред. Б. Г. Кузнецов. — М.: Наука, 1964. — 331 с. — С. 223—256.
• Киреев В. А.. Краткий курс физической химии, 5-е изд., стереотип, М.: Химия, 1978. 
• Киреев В. А.. Курс физической химии, 3-е изд., перераб. и доп, М.: Химия, 1975.  (недоступная ссылка)
• Кириллин В. А., Сычев В. В., Шейндлин А. Е.. Техническая термодинамика, 5-е изд., перераб. и доп, М.: Изд. дом МЭИ, 2008. ISBN 978-5-383-00263-6. 
• Коган В. Е., Литвинова Т. Е., Чиркст Д. Э., Шахпаронова Т. С.. Физическая химия. СПб.: Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», 2013. 
• Кочергин С. М., Добреньков Г. А., Никулин В. Н. и др.. Краткий курс физической химии, 2-е изд., перераб. и доп, М.: Высшая школа, 1978. 
• Кубо Р.. Термодинамика. М.: Мир, 1970. 
• Льоцци М.. История физики. М.: Мир, 1970. 
• Мечковский Л. А., Блохин А. В.. Химическая термодинамика. В двух частях. Часть 2. Термодинамика многокомпонентных систем. Химические равновесия. Элементы статистической термодинамики. Минск: Издательство БГУ, 2013. ISBN 978-985-518-880-4. 
• Мюнстер А.. Химическая термодинамика. М.: Мир, 1971. 
• Петров Н., Бранков Й.. Современные проблемы термодинамики, Пер. с болг, М.: Мир, 1986. 
• Полторак О. М.. Термодинамика в физической химии. М.: Высшая школа, 1991. ISBN 5-06-002041-X. 
• Поляченок О. Г., Поляченок Л. Д.. Физическая и коллоидная химия. Могилев: Могилевский гос. ун-т продовольствия, 2008. 
• Пригожин И., Дефэй Р.. Химическая термодинамика. Новосибирск: Наука, 1966. 
• Пригожин И., Кондепуди Д.. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур, Лучший зарубежный учебник. М.: Мир, 2002. ISBN 5-03-003538-9. 
• Путилов К. А.. Термодинамика. М.: Наука, 1971. 
• Семенченко В. К.. Избранные главы теоретической физики, 2-е изд., испр. и доп, М.: Просвещение, 1966. 
• Сычёв В. В.. Сложные термодинамические системы, 5-е изд., перераб. и доп., М.: Издательский дом МЭИ, 2009. ISBN 978-5-383-00418-0. 
• Терлецкий Я. П.. Статистическая физика, 3-е изд., испр. и доп, М.: Высшая школа, 1994. 
• Термодинамика. Основные понятия. Терминология. Буквенные обозначения величин, АН СССР. Комитет научно-технической терминологии. Сборник определений. Вып. 103, М.: Наука, 1984. 
• Физическая энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1992. ISBN 5-85270-019-3. 
• Химическая энциклопедия. М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. ISBN 5-85270-039-8.