თერმოდინამიკის პირველი კანონის განსაკუთრებული შემთხვევები

განვიხილოთ ოთხი განსხვავებული თერმოდინამიკური პროცესი, როდესაც სისტემა გარკვეულწილად შეზღუდულია და შემდეგ ვნახავთ რა შედეგი მოჰყვება ამგვარი პროცესებისათვის თერმოდინამიკის პირველი კანონის გამოყენებას. შედეგები 1. ცხრილშია შეჯამებული.

1. ადიაბატური პროცესები. ადიაბატური პროცესი მაშინ ხდება, როდესაც პროცესი ძალიან სწრაფია ან სისტემა იმდენად კარგად არის იზოლირებული, რომ სისტემასა და გარემოს შორის სითბოს სახით
ენერგიის გადაცემა არ ხდება. პირველ კანონში (შინაგანი ენერგია იზრდება, თუ ენერგია Q სითბოს სახით ემატება და მცირდება, თუ ენერგია სისტემის მიერ შესრულებული W მუშაობის სახით იკარგება, ფორმულა 1. dEშ = dQ – dW) Q = 0 ჩავსვამთ და მივიღებთ:

dEშ = -W (ადიაბატური პროცესი)

ფორმულის თანახმად თუ მუშაობას სისტემა ასრულებს (ანუ W დადებითია), სისტემის შინაგანი ენერგია მუშაობის ოდენობით მცირდება. ასევე, თუ მუშაობა სისტემაზე სრულდება (ანუ W უარყოფითია), სისტემის შინაგანი ენერგია მუშაობის ოდენობით იზრდება.

სურათზე 1. ნაჩვენებია იდეალიზებული ადიაბატური პროცესი. იზოლირებულ სისტემაში სითბო არც შედის და არც გამოდის. მაშასადამე, სისტემასა და გარემოს შორის ენერგიის გადაცემის ერთადერთი საშუალება მუშაობაა. თუ ტყვიას დგუშიდან ავიღებთ და აირს გაფართოების საშუალებას მივცემთ, სისტემის მიერ შესრულებული მუშაობა დადებითია და აირის შინაგანი ენერგია მცირდება.


სურათი 1.

https://i0.wp.com/i.imgur.com/irJZ2wQ.png

ადიაბატური გაფართოება მოხდება, თუ დგუშზე დალაგებულ ტყვიებს ნელ-ნელა შევამცირებთ. ნებისმიერ სტადიაზე ტყვიების დამატება პროცესის შებრუნებას იწვევს.


2. პროცესები მუდმივი მოცულობის პირობებში.
თუ სისტემის (მაგალითად, აირის) მოცულობა მუდმივია, ის მუშაობას ვერ შეასრულებს. პირველ კანონში (1. ფორმულა) W = 0 ჩასმა მოგვცემს :

dEშ = Q  (პროცესი მუდმივი მოცულობის პირობებში) მაშასადამე, თუ სისტემა სითბოს შთანთქავს (ანუ Q დადებითია), მაშინ სისტემის შინაგანი ენერგია იზრდება. თუ ასეთი პროცესის განმავლობაში სითბო იკარგება (ანუ Q უარყოფითია), მაშინ სისტემის შინაგანი ენერგია უნდა შემცირდეს.

3. ციკლური პროცესები. არსებობს პროცესები, როდესაც სითბოს და მუშაობის გარკვეული სახით გაცვლის შემდეგ სისტემა საწყის მდგომარეობას უბრუნდება. ამ შემთხვევაში სისტემის შინაგანი მახასიათებლები და, მათ შორის, შინაგანი ენერგია არ იცვლება. პირველ კანონში (1. ფორმულა)

ΔEშ = 0 ჩასმა მოგვცემს: Q = W (ციკლური პროცესი)

მაშასადამე, ციკლური პროცესის განმავლობაში შესრულებული მუშაობა სითბოს სახით გადაცემული ენერგიის ტოლი უნდა იყოს. სისტემის შინაგანი ენერგია უცვლელია.

4. თავისუფალი გაფართოება. ეს არის ადიაბატური პროცესი, როდესაც სისტემას და მის გარემოს შორის სითბოს გადაცემა არ ხდება და სისტემაზე ან სისტემის მიერ მუშაობა არ სრულდება. მაშასადამე, Q = W = 0 და პირველი კანონის თანახმად:

ΔEშ = 0 (თავისუფალი გაფართოება)

სურათზე 2. ნაჩვენებია როგორ ხდება ამგვარი გაფართოება. სითბურ წონასწორობაში მყოფი აირი იზოლირებული ორმაგი კამერის ერთ მხარეს ჩამკეტი ონკანის საშუალებით არის მოქცეული. კამერის
მეორე ნახევარი ცარიელია. შემდეგ ონკანს ხსნიან და აირი თავისუფლად ფართოვდება და კამერის ორივე მხარეს ავსებს. აირი არ იძენს ან კარგავს სითბოს, ვინაიდან იზოლირებულია. აირი მუშაობას არ ასრულებს, რადგან ვაკუუმში შედის და არავითარი წნევა არ ეღობება.


სურათი 2.

https://i0.wp.com/i.imgur.com/HHpksS4.png

თავისუფალი გაფართოების პროცესის საწყისი ეტაპი. როდესაც ონკანს გახსნიან, აირი ორივე კამერას შეავსებს და საბოლოოდ წონასწორულ მდგომარეობაში გადავა.


ცხრილი 1.

https://i1.wp.com/i.imgur.com/dFaQiZ9.png


წყარო: ფიზიკის საფუძვლები, დევიდ ჰოლიდეი, რობერტ რეზნიკი, ჯერლ უოლკერი. სახელმძღვანელოს ქართული ვარიანტის ელ. ვერსია ჩამოტვირთეთ .. აქედან ..
ინფორმაცია წიგნზე: wikipedia.org/Fundamentals_of_Physics

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s