Termodinamik izajarayonlar mavzularini o'quvchilarga tushuntirishda animatsion usuldan foydalanish

Malakaviy bitiruv ishining yangiligi:

• 
  termodinamika qonunlariga oid mavzularni o’qitishda ma’ruza mashg’uloti uchun ta’lim texnologiyasi modeli va texnologik xaritasi tuzildi.
  
• 
  termodinamika qonunlariga oid mavzularni o’qitishda amaliy mashg’uloti uchun ta’lim texnologiyasi modeli va texnologik xaritasi tuzildi.
  

Malakaviy bitiruv ishida himoya qilinadi:

• 
  termodinamika qonunlariga oid mavzularni o’qitishda ma’ruza mashg’uloti uchun ta’lim texnologiyasi modeli va texnologik xaritasi tuzildi.
  
• 
  termodinamika qonunlariga oid mavzularni o’qitishda amaliy mashg’uloti uchun ta’lim texnologiyasi modeli va texnologik xaritasi tuzildi.
  
• 
  termodinamika qonunlariga oid amaliy mashg’uloti uchun tuzilgan ta’lim texnologiyasi modeli va texnologik xarita.
  
• 
  Mavzular bo’yicha talabalar bilimini faollashtiruvchi savollar va uch darajali testlar va termodinamika qonunlariga oid tegishli organayzerlar.
  

Malakaviy bitiruv ishining strukturasi:Malakaviy bitiruv ishi kirish, uch bob, xulosalar va adabiyotlar ro’yxatidan iborat.

I BOB. TERMODINAMIK IZOJARAYONLAR
1.1.Izotermik jarayon


Izotermik jarayon (izo... va yun. therme — issiqlik) — oʻzgarmas temperaturada fizik sistemada roʻy beradigan fizik yoki kimyoviy jarayon. Mas, oʻzgarmas bosimda suyuqlikning qaynashi, kattik, jismning erishi va b. Qaytar va kaytmas I. j.lar bor. I. j.da ideal gaz bosimi b-n hajmi oʻzaro teskari proporsional holda oʻzgaradi. I. j. issiqlik mashinalarida ham roʻy beradi. Uning grafigi izoterma deyiladi. I. j. tarkibiy qism sifatida Karno siklitʼ kiradi. Yilda termodinamika, an izotermik jarayon ning bir turi termodinamik jarayon unda harorat ning tizim doimiy bo'lib qoladi: ΔT = 0. Bu odatda tizim tashqi tomondan aloqa qilganda sodir bo'ladi termal suv ombori va tizimdagi o'zgarish tizimning rezervuarning haroratiga moslashishni davom ettirish uchun etarlicha sekin sodir bo'ladi issiqlik almashish (qarang kvazi muvozanat ). Aksincha, bir adiyabatik jarayon tizim "yo'q" ni almashtiradi issiqlik uning bilan atrof (Q = 0). Izotermik jarayonlar haroratni tartibga soluvchi vositalarga ega bo'lgan har qanday tizimda, shu jumladan yuqori darajada tuzilishi mumkin mashinalar va hatto yashash hujayralar. Ba'zilarining tsikllarining ba'zi qismlari issiqlik dvigatellari izotermik ravishda amalga oshiriladi (masalan, Carnot tsikli ).^[1] Ning termodinamik tahlilida kimyoviy reaktsiyalar, avval izotermik sharoitda nima bo'lishini tahlil qilish va keyin harorat ta'sirini ko'rib chiqish odatiy holdir.^[2] Faza o'zgarishi, kabi eritish yoki bug'lanish, odatda izotermik jarayonlar bo'lib, odatda odatdagidek ular doimiy bosim ostida bo'ladi.^[3] Izotermik jarayonlar tez-tez ishlatiladi va izotermik bo'lmagan jarayonlarni tahlil qilishda boshlang'ich nuqtadir. Izotermik jarayonlar ideal gazlar uchun alohida qiziqish uyg'otadi. Bu natijadir Julning ikkinchi qonuni qaysi ekanligini ta'kidlaydi ichki energiya ideal gazning belgilangan miqdorining faqat uning haroratiga bog'liq.^[4] Shunday qilib, izotermik jarayonda ideal gazning ichki energiyasi doimiy bo'ladi. Bu ideal gazda yo'qligi haqiqatining natijasidir molekulalararo kuchlar.^[4] E'tibor bering, bu faqat ideal gazlar uchun to'g'ri keladi; ichki energiya bosimga, shuningdek suyuqliklar, qattiq moddalar va haqiqiy gazlar uchun haroratga bog'liq.^[5]
Gazning izotermik siqilishida tizimda hajmni kamaytirish va bosimni oshirish bo'yicha ishlar olib boriladi.^[4] Gaz ustida ishlash ichki energiyani oshiradi va haroratni oshirishga moyil bo'ladi. Haroratni doimiy ravishda ushlab turish uchun tizim tizimni issiqlik sifatida qoldirib, atrof muhitga kirishi kerak. Agar gaz ideal bo'lsa, atrof muhitga kiradigan energiya miqdori gazda bajarilgan ish bilan teng bo'ladi, chunki ichki energiya o'zgarmaydi. Izotermik kengayish uchun tizimga etkazib beriladigan energiya atrofda ishlaydi. Qanday bo'lmasin, mos keladigan bog'lanish yordamida gaz hajmining o'zgarishi foydali mexanik ishlarni bajarishi mumkin. Hisob-kitoblarning tafsilotlari uchun qarang ishni hisoblash.
Uchun adiyabatik jarayon, uning ichida idish yaxshi izolyatsiya qilinganligi sababli gazga issiqlik yoki issiqlik chiqmaydi, Q = 0. Agar bajarilgan ish ham bo'lmasa, ya'ni a bepul kengayish, ichki energiyada hech qanday o'zgarish bo'lmaydi. Ideal gaz uchun bu jarayon ham izotermik ekanligini anglatadi.^[4] Shunday qilib, jarayonning izotermik ekanligini ko'rsatish noyob jarayonni ko'rsatish uchun etarli emas. Izotermik uchun qaytariladigan jarayon, bu integral tegishli bosim hajmli izotermiya ostidagi maydonga teng keladi va ideal gaz uchun 2-rasmda binafsha rangda ko'rsatilgan. Yana, p = nRT/V tegishli va bilan T doimiy (bu izotermik jarayon bo'lgani uchun), ishning ifodasi quyidagicha bo'ladi:
An'anaga ko'ra, ish atrofdagi tizimdagi ish sifatida belgilanadi. Agar, masalan, tizim siqilgan bo'lsa, unda ish ijobiy bo'ladi va tizimning ichki energiyasi oshadi. Aksincha, agar tizim kengaytirilsa, u atrofda ishlaydi va tizimning ichki energiyasi pasayadi.
Shuni ham ta'kidlash joizki, ideal gazlar uchun, agar harorat doimiy bo'lsa, tizimning ichki energiyasi ham doimiy va shuning uchunU = 0. beri Termodinamikaning birinchi qonuni Δ ekanligini bildiradiU = Q + V (IUPAC konventsiya), bundan kelib chiqadi Q = −V ideal gazlarning izotermik siqilishi yoki kengayishi uchun.
Izotermik kengayish paytida, ikkalasi ham p va V doimiy bilan izoterma bo'ylab o'zgarish pV mahsulot. Balandligi 1 m va 1 m bo'lgan silindrsimon kamerada ishlaydigan gazni ko'rib chiqing² maydoni 400 K da statik muvozanat. The atrof 300 K va 1 atm bosimdagi havodan iborat (belgilangan p_surr). Ishlaydigan gaz mexanik qurilmaga ulangan piston bilan cheklangan bo'lib, u 2 atm bosim hosil qilish uchun etarli kuch sarflaydi (holat A). Holatdagi har qanday o'zgarish uchun A kuchning pasayishiga olib keladigan, gaz kengayadi va atrofdagi ishlarni bajaradi. Izotermik kengayish tatbiq etiladigan kuch kamayib, ushlab turish uchun tegishli issiqlik qo'shilsa davom etadi pV = 2. Agar piston harakati etarlicha sust bo'lsa, kengayish qaytariladi, chunki har bir lahzada gaz harorati va bosimi bir xil bo'lib, ideal gaz qonuni. 3-rasmda ko'rsatilgan p–V uchun munosabatlar pV = 2 atmdan izotermik kengayish uchun (holat) A) 1 atmgacha (holat) B).
Bajarilgan ish (belgilangan ) ikkita komponentdan iborat. Birinchidan, kengayish atrofdagi atmosfera bosimiga qarshi ishlash (belgilangan V_pΔV), ikkinchidan, foydalanish mumkin mexanik ish (sifatida belgilangan V_mech). Chiqish V_mech Bu erda krank qo'lini burish uchun ishlatiladigan pistonning harakati bo'lishi mumkin, bu esa suvni ko'tarish qobiliyatiga ega bo'lgan kasnaqni burab qo'yadi. suv bosgan tuz konlari.
Tizim holatga erishadi B (p = 1 atm va V = 2 m³) qo'llaniladigan kuch nolga etganida. O'sha paytda, -140,5 kJ ga teng va V_pΔV –101,3 kJ ni tashkil qiladi. Farqi bilan, V_mech = –39,1 kJ, bu jarayonga beriladigan issiqlikning 27,9% ni tashkil qiladi. Bu belgilangan sharoitda jarayondan olinadigan maksimal mexanik ishning maksimal miqdori. Foizlari V_mech ning funktsiyasi pV va p_surrva 100% ga yaqinlashadi p_surr nolga yaqinlashadi.
Izobarik, izoxorik va izotermik jarayonlarning tavsifiga o'tishdan oldin, ideal gaz nima ekanligini ko'rib chiqaylik. Ushbu ta'rif ostida fizikada biz juda ko'p sonli o'lchovsiz va o'zaro ta'sir qilmaydigan zarrachalardan iborat bo'lib, ular barcha yo'nalishlarda yuqori tezlikda harakatlanadi. Aslida, biz atomlar va molekulalar orasidagi masofalar ularning kattaligidan ancha kattaroq bo'lgan va zarrachalarning o'zaro ta'sirining potentsial energiyasi kinetik energiya bilan taqqoslaganda kichikligi sababli e'tibordan chetda qoladigan materiyaning birlashuvining gaz holati haqida gapiramiz.
1.2.Izobarik jarayon