Qaytar va qaytmas jarayonlar. Entropiya

Qaytar va qaytmas jarayonlar.Entropiya
Entropiya (grekcha: τροπή — aylanish, oʻzgarish) — 1) termodinamikada — har qanday termodinamik tizimning holat funksiyalaridan biri (8). Oʻz holiga qoʻyilgan (tashqi kuch taʼsir etmayotgan) berk tizimda jarayon qaysi yoʻnalishda sodir boʻlishini ifodalaydi. Termodinamikaning II qonuni (qarang Termodinamika) jarayonlarning yoʻnalishini avvaldan aytib berish imkoniga ega emas. Bu qonunni taʼriflagan Rudolf Clausius 1865-yilda jarayonlarning bir tomonlama kechishiga olib keluvchi cheklashni tahlil qilib, 8 funksiyani kiritdi va uni entropiya deb atadi; 2) statik fizikada — tizim holatining termodinamik ehtimolini ifodalovchi kattalik.
Entropiyaning xossalari: 1) tajriba natijasi toʻgʻri boʻlsa, yaʼni R larda birontasi birga, qolganlari nolga teng boʻlsa, noaniqlik oʻlchami — entropiya ham nolga teng boʻladi; 2) tajriba natijalari teng ehtimolli boʻlsa, entropiya maksimal qiymatga ega boʻladi; 3) bir-biriga bogʻliq boʻlmagan ikki tajriba entropiyasi ularning entropiyalari yigʻindisiga teng.
Entropiya - bu ilmiy tushuncha, shuningdek, o'lchanadigan jismoniy xususiyat bo'lib, odatda tartibsizlik, tasodifiylik yoki noaniqlik holati bilan bog'liq. Bu atama va kontseptsiya turli sohalarda qo'llaniladi: klassik termodinamika, u birinchi bo'lib tan olingan joyda, statistik fizikada tabiatning mikroskopik tavsifi va axborot nazariyasi tamoyillari. U kimyo va fizika, biologik tizimlar va ularning hayot bilan aloqasi, kosmologiya, iqtisod, sotsiologiya, ob-havo fani, iqlim o'zgarishi va axborot tizimlarida, shu jumladan telekommunikatsiyada axborot uzatishda keng ko'lamli ilovalarni topdi.[1]

Termodinamik kontseptsiya 1850 yilda Shotlandiya olimi va muhandisi Uilyam Renkine tomonidan termodinamik funktsiya va issiqlik-potentsial nomlari bilan tilga olingan.[2] 1865 yilda termodinamika sohasining yetakchi asoschilaridan biri bo‘lgan nemis fizigi Rudolf Klauzius uni cheksiz kichik issiqlik miqdorining lahzali haroratga nisbati sifatida aniqladi. U dastlab uni nemis Verwandlungsinhaltda transformatsiya-mazmun deb ta'riflagan va keyinroq entropiya atamasini yunoncha transformatsiya so'zidan kiritgan. Mikroskopik konstitutsiya va tuzilishga ishora qilib, 1862 yilda Klauzius bu tushunchani tarqoqlik ma'nosi sifatida izohladi.[3]

Entropiyaning oqibati shundaki, energiyaning saqlanishini buzmaslik talabidan tashqari, ma'lum jarayonlar qaytarilmas yoki imkonsizdir, ikkinchisi termodinamikaning birinchi qonunida ifodalangan. Entropiya termodinamikaning ikkinchi qonunida markaziy oʻrin tutadi, yaʼni oʻz-oʻzidan evolyutsiyaga qolgan izolyatsiyalangan tizimlarning entropiyasi vaqt oʻtishi bilan kamayishi mumkin emas, chunki ular har doim entropiya eng yuqori boʻlgan termodinamik muvozanat holatiga keladi.

Avstriyalik fizigi Lyudvig Boltsman entropiyani tizimning makroskopik holatiga mos keladigan tizimning alohida atomlari va molekulalarining mumkin bo'lgan mikroskopik joylashuvi yoki holatlari sonining o'lchovi sifatida tushuntirdi. Shu tariqa u termodinamikaning statistik mexanika deb ataladigan yangi sohasiga statistik tartibsizlik va ehtimollik taqsimoti tushunchasini kiritdi va oʻrtacha konfiguratsiya atrofida oʻzgarib turuvchi mikroskopik oʻzaro taʼsirlar bilan oddiy logarifmik koʻrinishdagi makroskopik kuzatilishi mumkin boʻlgan xatti-harakatlar oʻrtasidagi bogʻliqlikni topdi. proportsionallik doimiysi bo'lgan Boltsman doimiyligi qonuni zamonaviy xalqaro birliklar tizimi (SI) uchun aniqlovchi universal konstantalardan biriga aylandi.

1948 yilda Bell Labs olimi Klod Shennon telekommunikatsiya signallaridagi ma'lumotlarning tasodifiy yo'qolishi muammosiga mikroskopik noaniqlik va ko'plikni o'lchashning o'xshash statistik kontseptsiyalarini ishlab chiqdi. Jon fon Neymanning taklifiga ko'ra, Shennon bu etishmayotgan ma'lumotlar ob'ektini statistik mexanikada foydalanishga o'xshash tarzda entropiya deb atadi va axborot nazariyasi sohasini tug'dirdi. Bu tavsif entropiya tushunchasining universal ta'rifi sifatida aniqlangan.
Qaytar va qaytmas jarayonlar • Biror jarayon avval bir yo`nalishda so`ngra unga teskari bo`lgan yo`nalishda sodir bo`lib, bunda tizim o`zining boshlang`ich holatiga qaytib kelganda tashqi muhitda hech qanday o`zgarish yuzaga kelmasa bunday jarayon qaytar jarayon deb,aks holda esa qaytmas jarayon deb ataladi. • Ideal sharoitda, ya’ni ishqalanishsiz va noelastik urilishsiz sodir bo`ladigan hamma sof mexanik jarayonlar qaytuvchan bo`ladi. • Real sharoitda kuzatiladigan issiqlik harakati bilan bog`liq bo`lgan har qanday jarayon qaytmas jarayondir.
Issiqlik miqdori va sig`imi. Bir- biriga bevosita tegizilgan ikki jismning ko`proq istilganidan kamroq isitilgani tomon ko`rinmaydigan jarayon energiya uzatish amalga oshadi. Energiya uzatishning bu shakli issiqlik uzatish deb, uzatilgan energiya miqdori esa issiqlik miqdori deb ataladi. SI tizimida issiqlik miqdori- Joul hisobida o`lchanadi
Biror modda birlik massasining haroratini 1K ga oshirish uchun kerak bo`ladigan issiqlik miqdoriga son jihatdan teng bo`lgan fizik kattalikka shu moddaning solishtirma issiqlik sig`imi (c) deyiladi. solishtirma issiqlik sig`imi - J/kgK da o`lchanadi •1mol gaz haroratini 1K ga oshirish uchun lozim bo`ladigan issiqlik miqdori bilan aniqlanuvchi kattalikka gazning molyar issiqlik sig`imi (C) deyiladi. •molyar issiqlik sig`imi – J/molK da o`lchanadi.
O`zgarmas bosimdagi issiqlik sig`im Cp (izobarik jarayon p= const). • Agar gaz o`zgarmas bosimda qizdirilsa uni xajmi kengayadi va gaz ichki energiyasi o`zgaradi: Cp = u+A • u= Cv va A= R ekanligidan, Cp= Cv+ R bu ifoda Mayer formulasi deyiladi. • Cv =i/2  R bo`lgani uchun • O`zgarmas bosimdagi issilik sitsimining o`zgarmas xajmdagi issiqlik sig`imiga nisbati  bo`lib, Puasson koeffitsiyenti deyiladi va u gaz tarkibidagi molekulalarning erkinlik darajasigagina bog`liq bo`ladi. R i R R i CP 2 2 2      
Тermodinamikani birinchi bosh qonuni. Biror tizim (gaz) ichki energiyasini quyidagi usullar bilan o`zgartirish mumkin a) Ish bajarish yo`li bilan, ya’ni u=A1 b) Issiqlik miqdorini uzatish yo`li bilan u=Q v) Issiqlik miqdorini uzatish va ish bajarish yo`li bilan u=Q+ A1
Тashqi kuchlarning tizimga nisbatan bajargan ishi A1 tizimning tashqi kuchlarga qarshi bajargan ishiga teng. A1 =-A . U holda U=Q-A yoki Q=U+A bu termodinamika 1-qonuni bo`lib, quyidagicha tariflanadi: Tizimga berilgan issiqlik miqdori uning ichki energiyasini o`zgarishiga va tashqi kuchlarni yengishda bajarilgan ishga sarflanadi. Q=CvT+pV
Izobarik jarayon. P=const • Bu jarayonda tizimga berilgan issiqlik miqdori ichki energiyani o`zgarishiga va tashqi kuchlarni yengishda bajarilgan ishga sarflanadi:Q=u+A • Тizim xajmi V1 dan V2 ga o`zgarganda bajariladigan ish     2 1 v v 2 1 A p dV p(V V ) V P V
• Izoxorik jarayon. V=const, dV=0 • dQ=CvdT+pdV dan dV=0 bo`lgani uchun dQ= CvdT ya’ni A=0 • Demak bu jarayonda tizimga berilgan issiqlik miqdori faqat ichki energiyani o`zgarishiga sarflanadi. Q=u
Adiabatik jarayon. • Тizim holatining o`zgarishi moboynida atrofdagi jismlar bilan tizim orasida issiqlik almashish yuz bermasa, bu holdagi o`zgarishga adiabatik jarayon deyiladi. • Jarayonning adiabatik xarakterining matematik ifodasi dQ=0, u holda termodinamikaning birinchi qonunini ifodasi • CvdT+ pdV=0
Bundan shunday xulosa chiqadiki adiabatik kengayish (dV 0) natijasida gaz soviydi (dT0) va adiabatik siqilish (dV  0) natijasida gaz isiydi (dT 0). • Adiabatik jarayon uchun Puasson formulasi. pv = const • Puasson tenglamasi TV-1= const ko`rinishda ham yozish mumkin.
Aylanma jarayonlar. • Ketma-ket keluvchi bir necha jarayonlardan so`ng tizimning boshlang`ich holatiga qaytib kelishiga aylanma jarayon deyiladi. Issiqlik mashinalarini samaradorlik darajasi f.i.k. deb ataladigan kattalik bilan aniqlanadi.