Ю кулбеков Гулистон. СЎз боши

Назорат топшириклари.
1. Ишча жисм нима?
2. Газлар қандай пайтда мувозанат ҳолатда бўлади?
3. Термодинамик жараёнлар қандай содир бўлади?
2-асосий савол. Газнинг ички энергияси
Ўқитувчининг мақсади.
Талабаларга газларнинг ички энергияси тўғрисида тушунча бериш.


Идентив ўкув мақсадлари.
1. Ички энергия тўғрисида тушунча ҳосил килаш.
2. Ички энергия газ ҳолатини ифодалашини билиб олиш.
Идеал газларда ички энергия куйидагилардан ташқил топади:
a) молекулаларнинг илгариланма ҳаракатининг кинетик энергиясидан;
б) молекула айланма ҳаракатининг кинетик энергиясидан;
в) атомлар айланма ҳаракатининг кинетик энергиясидан;
г) атомлар тебранма ҳаракатининг кинетик энергиясидан.
Реал газларда юқоридагилардан ташкари малекулаларнинг ўзаро таъсири натижасида содир бўладиган потенциал энергия ҳам ҳисобга олинади.
Юқорида санаб ўтилган энергияларнинг йигиндиси газнинг ички энергияси дейилади ва "U" ҳарф билан белгиланади.
UU_k+U_n

Газ ҳолатини ўлчамлари Р,V, ва Т орқали боғланганлиги учун ички энергияни ихтиёрий иккинчи ўлчамнинг функцияси сифатида кўрсатиш мумкин яъни:

Uf₁(T₁,), Uf₂(P,T) , Uf₃(P,) .

Ички энергия газ ҳолатини ифодаловчи катталикдир. Идеал газларда молекулалар орасидаги ўзаро тортишув кучи бўлмаганлиги учун ҳажм ва босмнинг ўзгариши ички энергия миқдорига таъсир килмайди. Шунинг учун идеал газларда ички энергия факат ҳароратнинг U=f(T) функциясидир.

Термодинамик жараённи ўрганишда, ҳисоблашда ички энергиянинг абсолют киймати эмас, унинг ўзгариш миқдори зарур бўлади. Ички энергия Vкconst бўлган жараёнда энг кўп ўзгаради. Чунки бунда, ҳажм ўзгармаслиги учун ташқи иш бажарилмайди ва берилган иссиқлик миқдори факат газнинг ички энергиясини ортиришга олиб келади.
1 кг газга берилган иссиқлик миқдори
q  С_v (T₂-T₁)
У ҳолда ички энергиянинг ўзгариши
UU₂ - U₁ C_v (T₂-T₁) га тенг бўлади.
бу ерда T₁, T₂ - дастлабки ва охирги ҳолатдаги ҳарорат;
U₁, U₂ - дастлабки ва охирги ҳолатдаги энергия;
C­_v - газнинг ҳажми бўйича иссиқлик сиғими, ж/м³к.


Газнинг ташқи иши
 =Coпst бўлган жараёда газ ташқи иш бажармайди, яъни газга берилган энергияни ҳаммаси ички энергияни орттиришга сарф бўлади.
Бундан ҳўлоса шўки, бошқа термодинамик жараёнларда газга берилган исиклик миқдори ички энергияни ортирибгина колмай, ташқи иш бажаришга ҳам сарф бўлади.
Маълумки, иш бажарилиши учун энг камида 2 та жисм: энергия кабул килувчи ва энергия берувчи мавжуд бўлиши керак. Иш - энергия узатилишининг бир шакли бўлиб, ишнинг миқдори берилаётган энергиянинг ўлчови ҳисобланади.
Агар (4-расмга каранг) ҳаракатчан поршенли цилиндрдаги 1 кг газга чексиз кичик миқдордаги dq иссиқликни берсак, газ кенгайиб, поршен dy масофа йўл юради ва L ташқи иш бажаради. Бу иш кучнинг поршен юрган йўлига кўпайтмаси билан ифодаланади:
L  pdv
бу ерда P - газнинг босими, н/м²;
F - поршеннинг кундаланг кесими юзаси, м^2­.
Маълумки, ҳажмнинг энг кичик ортирмаси dFds бўлгани учун
dlPd бўлади.
У ҳолда газнинг V₁ ҳажмдан V₂ ҳажмга кенгайишида бажарилган иш куйидагига тенг бўлади:

4. Расм. Газнинг кенгайишда бажарилган иши.

P диограммадаги юза S маълум маcштабда бажарилган ишни ифодалайди. Кенгайишдаги ишни мусбат, сикиш жараёндаги ишни эса, манфий деб кабул қилинган.

Термодинамика биринчи қонунининг мохияти ва унинг математик ифодаси

Маълумки, иссиқликнинг ишга айланиши, энергиянинг сакланиши ва айланиш қонунининг хусусий ҳолидир.

Маълум Q миқдордаги иссиқликнинг йўколиши, тўла аниқ миқдордаги механик иш l ни келтириб чикаради, ва аксинча. Иссиқлик ва иш орасидаги мана шу ўзаро боғланиш термодинамика биринчи қонунининг мохиятини ташқил этади.
Биринчи қонунга асосан сарфланган энергияга нисбатан кўпрок энергия берадиган двигатель яратиш мумкин эмас.
Кўзгалувчан поршенли цилиндрга солинган 1 кг газга, маълум миқдордаги q иссиқликни берсак, унинг ҳарорати ортади, яъни газ кизийди. Молекулаларининг ҳаракати тезлашади. Молекулаларнинг айланма ва илгариланма ҳаракатининг кинетик энергияси, ҳамда молекула ички тебраниш энергияси ҳам ортади. Натижада газнинг ички кинетик энергиясини ортишига олиб келади.
Цилиндрдаги поршень кўзгалувчан бўлганлиги учун газ исиши натижасида поршень юқорига кўтарилади (II ҳолатни эгаллайди ).
Газ кенгайиши сабабли молекулалар орасидаги ўртача масофа узаяди, бу эса молекулалар орасидаги тортиш кучидан келиб чикадиган ички потенциал энергияни ΔU га камайтиради. Шу жараён учун энергия баланси куйидагича бўлади:
q  ΔU_к+ ΔU_n+l

бу ерда l - поршенни ҳаракатлантириш учун сарфланган иш.

Газнинг ички энергиясини умумий ўзгаришини ΔU билан белгилаймиз
ΔU= ΔU_к+ ΔU_n
У ҳолда
q  ΔU + l бўлади.

Бу тенглик термодинамика биринчи қонуннинг математик ифодаси бўлиб, у кўйдагича изоҳланади: Ҳар қандай термодинамик жараёнда газга берилган иссиқлик, унинг ички энергиясини ортиришга ва ташқи кучни енгишда бажариладиган ишни бажаришига сарф бўлади.