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.

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.

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.