Ի՞նչ է թերմոդինամիկան: Սա ֆիզիկայի ճյուղ է, որը զբաղվում է մակրոսկոպիկ համակարգերի հատկությունների ուսումնասիրությամբ։ Միևնույն ժամանակ, ուսումնասիրության տակ են մտնում նաև էներգիայի փոխակերպման և փոխանցման մեթոդները։ Թերմոդինամիկան ֆիզիկայի ճյուղ է, որն ուսումնասիրում է համակարգերում տեղի ունեցող գործընթացները և դրանց վիճակները։ Մենք կխոսենք այն մասին, թե ուրիշ ինչ կա նրա ուսումնասիրած բաների ցանկում:
Սահմանում
Ստորև նկարում կարող եք տեսնել ջերմաչափի օրինակ, որը ստացվել է տաք ջրի կուժ ուսումնասիրելիս:
Թերմոդինամիկան գիտություն է, որը հիմնված է էմպիրիկ ճանապարհով ստացված ընդհանրացված փաստերի վրա: Թերմոդինամիկական համակարգերում տեղի ունեցող գործընթացները նկարագրված են մակրոսկոպիկ մեծությունների միջոցով: Նրանց ցանկը ներառում է այնպիսի պարամետրեր, ինչպիսիք են կոնցենտրացիան, ճնշումը, ջերմաստիճանը և այլն: Հասկանալի է, որ դրանք կիրառելի չեն առանձին մոլեկուլների համար, բայց կրճատվում են համակարգի նկարագրության մեջ իր ընդհանուր ձևով (ի տարբերություն այն մեծությունների, որոնք օգտագործվում են, օրինակ, էլեկտրադինամիկայի մեջ):
Թերմոդինամիկան ֆիզիկայի ճյուղ է, որն ունի նաև իր օրենքները։ Նրանք, ինչպես մնացածը, ունեն ընդհանուր բնույթ։ ա–ի կառուցվածքի կոնկրետ մանրամասներցանկացած այլ նյութ, որը մենք ընտրել ենք, էական ազդեցություն չի ունենա օրենքների բնույթի վրա: Այդ իսկ պատճառով նրանք ասում են, որ ֆիզիկայի այս ճյուղը գիտության և տեխնիկայի մեջ առավել կիրառելի (ավելի ճիշտ՝ հաջողությամբ կիրառվող) ճյուղերից մեկն է։
Դիմում
Օրինակների ցանկը կարող է շատ երկար լինել: Օրինակ, թերմոդինամիկական օրենքների վրա հիմնված բազմաթիվ լուծումներ կարելի է գտնել ջերմային ճարտարագիտության կամ էլեկտրաէներգիայի արդյունաբերության ոլորտում: Քիմիական ռեակցիաների, փուլային անցումների, փոխանցման երևույթների նկարագրության և ըմբռնման մասին խոսելն ավելորդ է։ Ինչ-որ կերպ թերմոդինամիկան «համագործակցում» է քվանտային դինամիկայի հետ։ Նրանց շփման ոլորտը սև խոռոչների երևույթի նկարագրությունն է։
Օրենքներ
Վերևի նկարը ցույց է տալիս թերմոդինամիկական պրոցեսներից մեկի՝ կոնվեկցիայի էությունը։ Նյութի տաք շերտերը վեր են բարձրանում, սառը շերտերը իջնում են։
Օրենքների այլընտրանքային անվանումը, որն, ի դեպ, ավելի հաճախ է օգտագործվում, քան ոչ, թերմոդինամիկայի սկիզբն է։ Մինչ օրս դրանք երեքն են (գումարած մեկ «զրո» կամ «ընդհանուր»): Բայց մինչ խոսել այն մասին, թե ինչ է ենթադրում օրենքներից յուրաքանչյուրը, եկեք փորձենք պատասխանել այն հարցին, թե որոնք են թերմոդինամիկայի սկզբունքները։
Դրանք որոշակի պոստուլատների մի շարք են, որոնք հիմք են կազմում մակրոհամակարգերում տեղի ունեցող գործընթացները հասկանալու համար: Թերմոդինամիկայի սկզբունքների դրույթները հաստատվել են էմպիրիկ եղանակով՝ որպես փորձերի և գիտական հետազոտությունների մի ամբողջ շարք։ Այսպիսով, կան որոշ ապացույցներթույլ տալով մեզ ընդունել պոստուլատները առանց որևէ կասկածի դրանց ճշգրտության վերաբերյալ:
Ոմանք զարմանում են, թե ինչու են թերմոդինամիկային անհրաժեշտ հենց այս օրենքները: Դե, կարելի է ասել, որ դրանց օգտագործման անհրաժեշտությունը պայմանավորված է նրանով, որ ֆիզիկայի այս բաժնում մակրոսկոպիկ պարամետրերը նկարագրված են ընդհանուր ձևով, առանց որևէ ակնարկի հաշվի առնելու դրանց մանրադիտակային բնույթը կամ նույն պլանի առանձնահատկությունները: Սա թերմոդինամիկայի ոլորտ չէ, ավելի կոնկրետ՝ վիճակագրական ֆիզիկայի։ Մեկ այլ կարևոր բան այն է, որ թերմոդինամիկայի սկզբունքները միմյանցից անկախ են։ Այսինքն՝ երկրորդներից մեկը չի աշխատի։
Դիմում
Թերմոդինամիկայի կիրառումը, ինչպես նշվեց ավելի վաղ, ընթանում է բազմաթիվ ուղղություններով: Ի դեպ, հիմք է ընդունված նրա սկզբունքներից մեկը, որը տարբեր կերպ է մեկնաբանվում էներգիայի պահպանման օրենքի տեսքով։ Թերմոդինամիկ լուծումները և պոստուլատները հաջողությամբ կիրառվում են այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են էներգետիկ արդյունաբերությունը, կենսաբժշկությունը և քիմիան: Այստեղ կենսաբանական էներգիայում լայնորեն կիրառվում են էներգիայի պահպանման օրենքը և թերմոդինամիկական գործընթացի հավանականության և ուղղության օրենքը։ Դրա հետ մեկտեղ այնտեղ օգտագործվում են երեք ամենատարածված հասկացությունները, որոնց վրա հիմնված է ամբողջ աշխատանքը և դրա նկարագրությունը։ Սա թերմոդինամիկ համակարգ է, գործընթացի և գործընթացի փուլ:
Գործընթացներ
Թերմոդինամիկայի գործընթացներն ունեն տարբեր աստիճանի բարդություն: Դրանք յոթն են։ Ընդհանուր առմամբ, գործընթացը այս դեպքում պետք է հասկանալ որպես ոչ այլ ինչ, քան մակրոսկոպիկ վիճակի փոփոխությունորը համակարգը տրվել է ավելի վաղ: Պետք է հասկանալ, որ պայմանական սկզբնական վիճակի և վերջնական արդյունքի միջև տարբերությունը կարող է աննշան լինել:
Եթե տարբերությունն անսահման փոքր է, ապա տեղի ունեցած գործընթացը կարող ենք անվանել տարրական։ Եթե քննարկենք գործընթացներ, ապա ստիպված կլինենք դիմել լրացուցիչ ժամկետներ նշելու։ Դրանցից մեկը «աշխատանքային մարմինն» է։ Աշխատանքային հեղուկը համակարգ է, որում տեղի են ունենում մեկ կամ մի քանի ջերմային պրոցեսներ:
Գործընթացները պայմանականորեն բաժանվում են ոչ հավասարակշռության և հավասարակշռության: Վերջինիս դեպքում բոլոր վիճակները, որոնց միջով պետք է անցնի թերմոդինամիկական համակարգը, համապատասխանաբար անհավասարակշիռ են։ Հաճախ վիճակների փոփոխությունը նման դեպքերում տեղի է ունենում արագ տեմպերով։ Բայց հավասարակշռության գործընթացները մոտ են քվազաստատիկ գործընթացներին: Դրանցում փոփոխությունները մեծության կարգով ավելի դանդաղ են:
Թերմոդինամիկական համակարգերում տեղի ունեցող ջերմային պրոցեսները կարող են լինել և՛ շրջելի, և՛ անշրջելի: Էությունը հասկանալու համար եկեք գործողությունների հաջորդականությունը բաժանենք մեր ներկայացման որոշակի ընդմիջումներով: Եթե մենք կարող ենք նույն պրոցեսը հակառակ ուղղությամբ կատարել նույն «ճանապարհային կայաններով», ապա այն կարելի է անվանել շրջելի։ Հակառակ դեպքում այն չի աշխատի։
