Кіріспе
Жүйедегі энергия. Термодинамикалық жүйенің ішкі энергиясы – жүйенің стандартты ішкі күйінен қазіргі ішкі күйіне жеткізуге қажетті энергия мөлшері ретінде өлшенетін, жүйедегі энергия. Бұл ретте, оның ішкі күйіндегі өзгерістерге байланысты энергияның пайда болуы мен жоғалтылуын есепке алады, соның ішінде магниттелу сияқты шамаларды да қамтиды. Ол жүйенің жалпы қозғалысының кинетикалық энергиясын және сыртқы күш өрістеріне және қоршаған ортаға қатысты жүйенің жалпы позициясының потенциалдық энергиясын ескермейді. Ішкі энергияға жылу энергиясы кіреді, яғни жүйенің жалпы қозғалысына қатысты құрамдас бөлшектерінің қозғалыс кинетикалық энергиясы. Оқшауланған жүйенің ішкі энергиясы өзгермейді, бұл энергияның сақталу заңында көрінеді, ал бұл заң термодинамиканың бірінші заңының негізі болып табылады. Ішкі энергияны абсолютті түрде өлшеу мүмкін емес. Термодинамика ішкі энергияның өзгеруімен айналысады, оның абсолютті мәнімен емес. Ішкі энергияны өзгертетін процестер – материяның немесе энергияның, жылу түрінде немесе термодинамикалық жұмыс арқылы жүйеге кіруі немесе одан шығуы. Бұл процестер температура, энтропия, көлем, электрлік поляризация және молярлық құрамы сияқты жүйенің қасиеттерінің өзгеруімен өлшенеді. Ішкі энергия тек жүйенің ішкі күйіне ғана байланысты, ал энергияның жүйеге немесе одан шығуына мүмкіндік беретін көптеген процестердің ішіндегі нақты таңдауға емес. Ол – күйдің айнымалысы, термодинамикалық потенциал және кеңейтілген қасиет. Термодинамика ішкі энергияны макроскопиялық түрде, бүкіл дене үшін анықтайды. Статистикалық механикада дененің ішкі энергиясын жүйе бөлшектерінің трансляциялық, ротациялық және тербелістік қозғалысының кинетикалық энергиясы және микроскопиялық күштермен байланысты потенциалдық энергиялар, соның ішінде химиялық байланыстар тұрғысынан микроскопиялық түрде талдауға болады. Халықаралық жүйедегі (SI) энергия бірлігі – джоуль (J). Массаға шаққандағы ішкі энергия (J/кг) – нақты ішкі энергия. Ал зат мөлшеріне шаққандағы сәйкес келетін шама (J/моль) – молярлық ішкі энергия.
The internal energy of a thermodynamic system is the energy contained within it, measured as the quantity of energy necessary to bring the system from its standard internal state to its present internal state of interest, accounting for the gains and losses of energy due to changes in its internal state, including such quantities as magnetization. It excludes the kinetic energy of motion of the system as a whole and the potential energy of position of the system as a whole, with respect to its surroundings and external force fields. It includes the thermal energy, i. e., the constituent particles' kinetic energies of motion relative to the motion of the system as a whole. The internal energy of an isolated system cannot change, as expressed in the law of conservation of energy, a foundation of the first law of thermodynamics. The internal energy cannot be measured absolutely. Thermodynamics concerns changes in the internal energy, not its absolute value. The processes that change the internal energy are transfers, into or out of the system, of matter, or of energy, as heat, or by thermodynamic work. These processes are measured by changes in the system's properties, such as temperature, entropy, volume, electric polarization, and molar constitution. The internal energy depends only on the internal state of the system and not on the particular choice from many possible processes by which energy may pass into or out of the system. It is a state variable, a thermodynamic potential, and an extensive property. Thermodynamics defines internal energy macroscopically, for the body as a whole. In statistical mechanics, the internal energy of a body can be analyzed microscopically in terms of the kinetic energies of microscopic motion of the system's particles from translations, rotations, and vibrations, and of the potential energies associated with microscopic forces, including chemical bonds. The unit of energy in the International System of Units (SI) is the joule (J). The internal energy relative to the mass with unit J/kg is the specific internal energy. The corresponding quantity relative to the amount of substance with unit J/mol is the molar internal energy.
Негізгі функциялар
Жүйенің ішкі энергиясы оның энтропиясына S, көлеміне V және массивті бөлшектерінің санына байланысты: U(S,V,{Nj}). Ол жүйенің термодинамикасын энергиялық түрде көрсетеді. Күй функциясы ретінде оның аргументтері тек қана жүйенің экстенсивті күй айнымалылары болып табылады. Ішкі энергиямен қатар, термодинамикалық жүйенің күйінің тағы бір негізгі функциясы – оның энтропиясы, функция ретінде, S(U,V,{Nj}), сол экстенсивті күй айнымалыларының тізімі, бірақ энтропия, S, тізімде ішкі энергиямен, U, ауыстырылады. Ол энтропиялық түрді көрсетеді. Әрбір негізгі функция оның табиғи немесе канондық айнымалыларының әрқайсысы бойынша монотонды функция болып табылады. Әрқайсысы өзінің сипаттамалық немесе негізгі теңдеуін ұсынады, мысалы, ол өзінде жүйе туралы барлық термодинамикалық ақпаратты қамтиды. Екі негізгі функцияның негізгі теңдеулерін, мысалы, S үшін шешіп, принцип бойынша өзара түрлендіруге болады. Керісінше, басқа термодинамикалық потенциалдар мен Массье функциялары үшін негізгі теңдеулерді алу үшін Лежандр түрлендірулері қажет. Энтропия, тек экстенсивті күй айнымалыларының функциясы ретінде, Массье функцияларын жасау үшін күйдің бірден-бір негізгі функциясы болып табылады. Оның өзі әдетте «Массье функциясы» деп аталмайды, бірақ рационалды түрде оны «термодинамикалық потенциал» терминіне сәйкес келетін, ішкі энергияны қамтитын ретінде қарастыруға болады. Нақты және практикалық жүйелер үшін негізгі теңдеулердің нақты өрнектері көбінесе қол жетімді емес, бірақ функционалдық байланыстар принцип бойынша бар. Олардың формальды, принциптік манипуляциялары термодинамиканы түсіну үшін құнды.
In contrast, Legendre transformations are necessary to derive fundamental equations for other thermodynamic potentials and Massieu functions. The entropy as a function only of extensive state variables is the one and only cardinal function of state for the generation of Massieu functions. It is not itself customarily designated a 'Massieu function', though rationally it might be thought of as such, corresponding to the term 'thermodynamic potential', which includes the internal energy. For real and practical systems, explicit expressions of the fundamental equations are almost always unavailable, but the functional relations exist in principle. Formal, in principle, manipulations of them are valuable for the understanding of thermodynamics.
Тарих
Джеймс Джоул жылу, жұмыс және температура арасындағы байланысты зерттеді. Ол сұйықтықтағы үйкелістің, мысалы, аралағыш дөңгелекпен жұмыс істеуден туындаған қозғалыстың салдарынан температураның жоғарылайтынын байқады, және оны жылу мөлшерінің пайда болуы деп түсіндірді. Қазіргі өлшем бірліктерімен есептегенде, ол бір килограмм судың температурасын бір градус Цельсийге көтеру үшін шамамен 4186 джоуль энергия қажет екенін анықтады.
Цитаталанған сілтемелердің библиографиясы
Адкинс, К. Дж. (1968/1975). Тепе-теңдік термодинамикасы, екінші басылым, МакГроу Хилл, Лондон, Бейлин, М. (1994). Термодинамика шолуы, Америка физика институты, Нью-Йорк, Борн, М. (1949). Себеп пен мүмкіндіктің табиғи философиясы, Оксфорд университетінің баспасы, Лондон. Каллен, Х. Б. (1960/1985), Термодинамика және термостатистикаға кіріспе, (бірінші басылым 1960), екінші басылым 1985, Джон Уайли және Ұлдары, Нью-Йорк, Кроуфорд, Ф. Х. (1963). Жылу, термодинамика және статистикалық физика, Руперт Харт Дэвис, Лондон, Харкорт, Брейс және әлем, Inc. Хаасе, Р. (1971). Негізгі заңдар туралы шолу, Термодинамиканың 1-тарауы, 1-томның 1–97-беттері, ред. В. Жост, Физикалық химия. Алдыңғы қатарлы трактат, ред. Х. Айринг, Д. Хендерсон, В. Жост, Academic Press, Нью-Йорк, lcn 73–117081. Мюнстер, А. (1970), Классикалық термодинамика, Э. С. Халберштадт аударған, Уайли–Интерсайнс, Лондон, Планк, М., (1923/1927). Термодинамика туралы трактат, А. Огг аударған, үшінші ағылшын басылымы, Лонгманс, Грин және Ко., Лондон. Цшоегл, Н. В. (2000). Тепе-теңдік және тұрақты күй термодинамикасының негіздері, Elsevier, Амстердам.
Haase, R. (1971). Survey of Fundamental Laws, chapter 1 of Thermodynamics, pages 1–97 of volume 1, ed. W. Jost, of Physical Chemistry. An Advanced Treatise, ed. H. Eyring, D. Henderson, W. Jost, Academic Press, New York, lcn 73–117081. Münster, A. (1970), Classical Thermodynamics, translated by E. S. Halberstadt, Wiley–Interscience, London, Planck, M., (1923/1927). Treatise on Thermodynamics, translated by A. Ogg, third English edition, Longmans, Green and Co., London. Tschoegl, N. W. (2000). Fundamentals of Equilibrium and Steady State Thermodynamics, Elsevier, Amsterdam, .