Узак убакыт бою физиктер жана башка илимдердин екулдеру ездеру-нун эксперименттеринин журушун-де байкаган нерселерин баяндоо ыкмасына ээ болушкан. Консенсустун жоктугу жана көп сандагы терминдердин “кокусунан” кабыл алынышы кесиптештер арасында баш аламандыкка жана түшүнбөстүктөргө алып келди. Убакыттын өтүшү менен физиканын ар бир тармагы өзүнүн белгиленген аныктамаларына жана өлчөө бирдиктерине ээ болгон. Системадагы макроскопиялык өзгөрүүлөрдүн көбүн түшүндүргөн термодинамикалык параметрлер ушинтип пайда болду.
Аныктама
Абал параметрлери, же термодинамикалык параметрлер – бул чогуу жана ар бири өзүнчө байкалган системаны мүнөздөй турган физикалык чоңдуктардын саны. Аларга төмөнкүдөй түшүнүктөр кирет:
- температура жана басым;
- концентрация, магниттик индукция;
- энтропия;
- энтальпия;
- Гиббс жана Гельмгольц энергиялары жана башка көптөгөн нерселер.
Интенсивдүү жана кеңири параметрлерди тандаңыз. Термодинамикалык системанын массасына түздөн-түз көз каранды болгондор экстенсивдүү болуп саналат, жанаинтенсивдүү - башка критерийлер менен аныкталат. Бардык параметрлер бирдей көз каранды эмес, ошондуктан системанын тең салмактуу абалын эсептөө үчүн бир эле учурда бир нече параметрди аныктоо керек.
Мындан тышкары, физиктер арасында терминологиялык пикир келишпестиктер бар. Бир эле физикалык мүнөздөмөнү ар кандай авторлор же процесс, же координат, же чоңдук, же параметр, ал тургай жөн гана касиет деп атоого болот. Мунун баары окумуштуунун аны колдонгон мазмунуна жараша болот. Бирок кээ бир учурларда документтерди, окуу китептерин же буйруктарды иштеп чыгуучулар аткарышы керек болгон стандартташтырылган сунуштар бар.
Классификация
Термодинамикалык параметрлердин бир нече классификациясы бар. Ошентип, биринчи абзацтын негизинде, бардык өлчөмдөрдү төмөнкүлөргө бөлсө болот:
- эктенсивдүү (кошумча) - мындай заттар кошуу мыйзамына баш ийет, башкача айтканда, алардын мааниси ингредиенттердин санына жараша болот;
- интенсивдүү - алар реакция үчүн канча зат алынганына көз каранды эмес, анткени алар өз ара аракеттенүү учурунда тегизделген.
Системаны түзгөн заттардын жайгашкан шарттарына жараша чоңдуктарды фазалык реакцияларды жана химиялык реакцияларды сүрөттөгөн деп бөлүүгө болот. Мындан тышкары, реагенттердин касиеттерин эске алуу керек. Алар төмөнкүлөр болушу мүмкүн:
- термомеханикалык;
- термофизикалык;
- термохимиялык.
Мындан тышкары, ар кандай термодинамикалык система белгилүү бир функцияны аткарат, ошондуктан параметрлерреакциянын натыйжасында пайда болгон жумушту же жылуулукту мүнөздөйт, ошондой эле бөлүкчөлөрдүн массасын өткөрүү үчүн зарыл болгон энергияны эсептөөгө мүмкүндүк берет.
Абал өзгөрмөлөр
Кандайдыр бир системанын абалы, анын ичинде термодинамикалык, анын касиеттеринин же мүнөздөмөлөрүнүн жыйындысы менен аныкталышы мүмкүн. Убакыттын белгилүү бир моментинде гана толук аныкталуучу жана системанын бул абалга так кантип келгенине көз каранды болбогон бардык өзгөрмөлөр термодинамикалык абалдын параметрлери (өзгөрмөлөр) же абал функциялары деп аталат.
Өзгөрмө функциялары убакыттын өтүшү менен өзгөрбөсө, система стационардык деп эсептелет. Стационардык абалдын бир версиясы - термодинамикалык тең салмактуулук. Ар кандай, атүгүл системадагы эң кичине өзгөрүү процесс болуп саналат жана ал бирден бир нече өзгөрмөлүү термодинамикалык абалдын параметрлерин камтышы мүмкүн. Системанын абалынын бири-бирине тынымсыз өтүү ырааттуулугу "процесс жолу" деп аталат.
Тилекке каршы, терминдер менен чаташуу дагы эле бар, анткени бир эле өзгөрмө көз карандысыз да, бир нече система функцияларын кошуунун натыйжасы да болушу мүмкүн. Демек, "мамлекеттик функция", "мамлекеттик параметр", "мамлекеттик өзгөрмө" сыяктуу терминдерди синонимдер катары кароого болот.
Температура
Термодинамикалык системанын абалынын көз карандысыз параметрлеринин бири – температура. Бул бөлүкчөлөрдүн бирдигине кинетикалык энергиянын көлөмүн мүнөздөгөн маанитермодинамикалык система тең салмактуулукта.
Түшүнүктү аныктоого термодинамика көз карашынан келсек, анда температура системага жылуулук (энергия) кошулгандан кийин энтропиянын өзгөрүшүнө тескери пропорционал чоңдук болот. Система тең салмактуулукта болгондо, температуранын мааниси анын бардык "катышуучулары" үчүн бирдей болот. Эгерде температуранын айырмасы болсо, анда энергия ысыкыраак дене тарабынан бөлүнүп, муздак дене сиңирет.
Термодинамикалык системалар бар, аларда энергия кошулганда тартипсиздик (энтропия) көбөйбөй, тескерисинче азаят. Кошумчалай кетсек, эгер мындай система температурасы өзүнөн жогору болгон дене менен өз ара аракеттенсе, анда ал өзүнүн кинетикалык энергиясын бул денеге берет, тескерисинче эмес (термодинамикалык мыйзамдардын негизинде).
Басым
Басым – дененин бетине перпендикуляр болгон күчтү мүнөздөгөн чоңдук. Бул параметрди эсептөө үчүн, ал объектинин аянтына күчтүн бардык көлөмүн бөлүү керек. Бул күчтүн бирдиктери паскаль болот.
Термодинамикалык параметрлерде газ ага болгон бардык көлөмдү ээлейт жана мындан тышкары, аны түзгөн молекулалар тынымсыз туш келди кыймылдашат жана бири-бири менен жана алар жайгашкан идиш менен кагылышат.. Дал ушул таасирлер заттын идиштин дубалдарына же газга салынган денеге басымын аныктайт. Күч күтүлбөгөндүктөн так бардык багыттар боюнча бирдей тарайтмолекулярдык кыймылдар. Басымды жогорулатуу үчүн системанын температурасын жогорулатуу керек жана тескерисинче.
Ички энергия
Системанын массасына көз каранды болгон негизги термодинамикалык параметрлерге ички энергия кирет. Ал заттын молекулаларынын кыймылынан келип чыккан кинетикалык энергиядан, ошондой эле молекулалар бири-бири менен аракеттенгенде пайда болуучу потенциалдык энергиядан турат.
Бул параметр бир түшүнүктүү. Башкача айтканда, ички энергиянын мааниси система каалаган абалда болгон сайын, ага (абалга) кандай жол менен жеткенине карабастан туруктуу болот.
Ички энергияны өзгөртүү мүмкүн эмес. Бул система чыгарган жылуулуктун жана ал чыгарган иштин суммасы. Кээ бир процесстер үчүн температура, энтропия, басым, потенциал жана молекулалардын саны сыяктуу башка параметрлер эске алынат.
Энтропия
Термодинамиканын экинчи мыйзамы изоляцияланган системанын энтропиясы азайбайт деп айтылат. Дагы бир формула төмөнкү температурадагы денеден ысыкка энергия эч качан өтпөйт деп болжолдойт. Бул өз кезегинде түбөлүк кыймылдаткычты түзүү мүмкүнчүлүгүн жокко чыгарат, анткени денеде болгон бардык энергияны ишке которуу мүмкүн эмес.
"Энтропия" түшүнүгү 19-кылымдын ортосунда колдонууга киргизилген. Андан кийин системанын температурасына жылуулук көлөмүнүн өзгөрүшү катары кабыл алынган. Бирок бул аныктама гана тиешелүүдайыма тең салмактуулукта турган процесстер. Мындан төмөнкүдөй жыйынтык чыгарууга болот: эгерде системаны түзгөн денелердин температурасы нөлгө тенденция болсо, анда энтропия да нөлгө барабар болот.
Энтропия газ абалынын термодинамикалык параметри катары бөлүкчөлөрдүн кыймылынын кокустуктун, кокустуктун өлчөмүнүн көрсөткүчү катары колдонулат. Ал белгилүү бир аймакта жана идиште молекулалардын бөлүштүрүлүшүн аныктоодо же заттын иондорунун ортосундагы өз ара аракеттенүүнүн электромагниттик күчүн эсептөө үчүн колдонулат.
Энтальпия
Энтальпия – туруктуу басымда жылуулукка (же ишке) айландырылуучу энергия. Бул изилдөөчү энтропия деңгээлин, молекулалардын санын жана басымды билсе, тең салмактуу системанын потенциалы.
Эгер идеалдуу газдын термодинамикалык параметри көрсөтүлсө, энтальпиянын ордуна "кеңейтилген системанын энергиясы" деген сөз колдонулат. Бул маанини өзүбүзгө түшүндүрүүнү жеңилдетүү үчүн поршень (мисалы, ичинен күйүүчү кыймылдаткыч) тарабынан бирдей кысылган газ толтурулган идишти элестете алабыз. Бул учурда энтальпия заттын ички энергиясына гана эмес, системаны керектүү абалга келтирүү үчүн аткарыла турган ишке да барабар болот. Бул параметрди өзгөртүү тутумдун баштапкы жана акыркы абалына гана көз каранды жана анын кандай кабыл алынышы маанилүү эмес.
Gibbs Energy
Термодинамикалык параметрлер жана процесстер көбүнчө системаны түзгөн заттардын энергетикалык потенциалы менен байланышкан. Ошентип, Гиббс энергиясы системанын жалпы химиялык энергиясына эквиваленттүү. Ал химиялык реакциялардын жүрүшүндө кандай өзгөрүүлөр болорун жана заттардын дегеле өз ара аракеттенишин көрсөтөт.
Реакциянын жүрүшүндө системанын энергия өлчөмүн жана температурасын өзгөртүү энтальпия жана энтропия сыяктуу түшүнүктөргө таасирин тийгизет. Бул эки параметрдин ортосундагы айырма Гиббс энергиясы же изобардык-изотермикалык потенциал деп аталат.
Бул энергиянын минималдуу мааниси, эгерде система тең салмактуулукта болсо жана анын басымы, температурасы жана заттын саны өзгөрүүсүз калса байкалат.
Helmholtz Energy
Гельмгольц энергиясы (башка булактар боюнча – жөн гана бош энергия) – бул система ага кирбеген денелер менен өз ара аракеттенгенде жоголо турган энергиянын потенциалдуу көлөмү.
Гельмгольц бош энергиясы түшүнүгү көбүнчө система кандай максималдуу жумуш аткара аларын, башкача айтканда, заттар бир абалдан экинчи абалга өткөндө канча жылуулук бөлүнүп чыгаарын аныктоо үчүн колдонулат.
Эгер система термодинамикалык тең салмактуулук абалында болсо (б.а. эч кандай жумуш аткарбаса), анда бош энергиянын деңгээли минималдуу болот. Бул температура сыяктуу башка параметрлерди өзгөртүү дегенди билдирет.басым, бөлүкчөлөрдүн саны да пайда болбойт.
