Išsami fizikos teorija

Statistinis tyrimo metodas. 1908m. Daltonas remdamasis iki jo atliktų bandymų ir stebėjimų rezultatais suformulavo pagrindinius molekulinės kinetinės teorijos teiginius: 1) visi kūnai susideda iš atomų ir molekulių. Atomas – cheminio elemento, molekulė –medžiagos mažiausia dalelė. 2) Atomai ir molekulės visą laiką chaotiškai juda. 3) Tarp atomų ir molekulių tuo pat metu veikia traukos ir stūmos jėgos. Fizikos sritis tirianti makroskopinių kūnų savybių ryšį su jų struktūrinių dalelių savybėmis vadinama molekuline fizika. Svarbiausias molekulinės fizikos tyrimų metodas yra statistinis, nes makroskopiniams dydžiams apskaičiuoti visai nereikia žinoti atskirų molekulių greičių, energijų ir t.t. Pakanka žinoti molekulių dinaminių charakteristikų vidutines vertes, o jos nustatomos statistiniais metodais. Fizikiniai dydžiai kurie būdingi ne atskirai molekulei o didžiuliai jų sistemai vadinami statistiniai (slėgis, temperatūra ir t.t.). Visi reiškiniai turi savo priežastis, t.y. vienus reiškinius sukelia kiti. Jeigu ryšys tarp reiškinių yra esminis ir pasikartojantis jis vadinamas dėsniu. Molekulinėje fizikoje dažnai naudojamasi idealiųjų dujų modeliais. Idealiosios yra dujos tenkinančios sąlygas: 1) dujų molekulių savasis tūris nykstamai mažas lyginant su indo tūriu. 2) tarp molekulių neveikia sąveikos jėgos. 3) molekulių tarpusavio susidūrimai bei susidūrimai su indo sienelėmis yra absoliučiai tamprūs. Idealiųjų dujų modeliu galima naudotis tiriant realiasias dujas. Kadangi jų savybės, kai slėgiai nėra dideli, o temperatūros yra labai žemos arba labai aukštos, artimos idealiųjų dujų savybėms, be to įvedus pataisas įvertinančias savąjį molekulių tūrį bei tarpmolekulines jėgas galima pereiti prie realiųjų dujų. Termodinaminiai parametrai, būsenos lygtis. Kūnų sistema kuriai tinka termodinamikos dėsniai, vadinama termodinamikos sistema. Nesąveikaujanti su išoriniais kūnais termodinaminė sistema vadinama izoliuotąja sistema. Termodinaminės sistemos būsena apibūdinama eile parametrų: slėgis, tūris, temperatūra. Šiuos parametrus siejanti lygtis vadinama būsenos lygtimi: f(V,p,T)=0; (,p)=0; Prisimename kad idealiųjų dujų būsenos lygtis užrašoma taip: pVm=RT; R=8,31; pV=(m/M)RT; R=kNA; pVm=kNAT :Vm; NA/Vm=n (n-koncentracija); p=nkT; Molekulinės kinetinės teorijos pagrindinė lygtis. Sakykime stačiakampio gretasienio formos inde yra idealiosios dujos. Apskaičiuokime jų slėgį į ploto S sienelę : statmeną ašiai Ox. (brėž). Kiekviena m0 masės molekulė, prieš atsitrenkdama į sienelę B greičiu v>0, kurio projekcija Ox ašyje v>ox turi impulsą p>0=m0v>ox ; Atšalusi turi impulsą p>=m0v>x; Kadangi smūgis tamprus, v=v0, molekulės impulso pokyčio projekcija Ox ašyje px= m0vxm0vx= 2m0vx; Tada sienelei perduodamas impulsas bus 2m0vx; Molekulių daug ir kiekviena susidurdama perduoda tokį patį impulsą. Per laiką t sienelę B pasieks visos molekulės esančios tūryje V’. Tų molekulių skaičius N’=nV’=nVxtS; Tačiau reikia atsižvelgti į tai, kad vidutiniškai tik pusė molekulių juda link sienelės B, kitos link sienelės A. Tada link sienelės B judančių molekulių skaičius: N=(1/2)N’=(1/2)nVxtS; Jų perduotas sienelei impulsas: p=(1/2)nvxtS2m0vx=m0nv2xSt; Atsižvelkime ir į tai, kad ne visos molekulės juda tuo pačiu greičiu vx. Kūno impulso pokytis lygus jėgos impulsui. p=Ft; m0nv2xSt=Ft; Kadangi molekulių greičiai ir impulsai skirtingi, tikslinga būtų naudoti vidutinę jėgą. O ji proporcinga greičio kvadrato vidurkiui: F Molekulės greičio modulio kvadratas v2=v2x+v2y+v2z; O jo vidurkis Kadangi molekulės juda chaotiškai, vyraujančių judėjimo krypčių nėra: Taigi Taigi sienelę veikianti vidutinė jėga (Pagrindinė molekulinės kinetinės teorijos lygtis). tai vienos molekulės vidutinė kinetinė energija, p=nkT=(2/3)n; =(3/2)kT ši lygtis vadinama Bolcmano lygtimi. Pagal ją dujų temperatūra tiesiog proporcinga vidutinei kinetinei energijai. Temperatūra kurioje molekulės chaotiškojo judėjimo lygtis lygi 0, vadinama absoliutiniu nuliu. Šioje temperatūroje turėtų išnykti chaotiškas šiluminis judėjimas (pagal klasikinę fiziką). Molekulių pasiskirst. pagal greičio modulius ir energijas. Maksvelis bene pirmasis nustatė, kad dujų molekulių greičiai turi gana skirtingas vertes. Pasinaudodamas tikimybių teorija, jis gavo molekulių pasiskirstymo, pagal greičių modulių dėsnio, matematinę išraišką. Išvesdamas pasiskirstymo dėsnį, Maksvelis įsivaizdavo, kad dujos sudarytos iš didžiulio skaičiaus n vienodų molekulių. Tarp jų yra dn molekulių greičiai, kurių greičiai yra intervale vv+dv; Tada dydis dn/n rodo, kokią viso molekulių skaičiaus n dalį sudaro molekulės, kurių greičiai yra nurodytame intervale. Turėtų būti aišku, kad minėtas santykis proporcingas greičiui v: (dn/n)dv;v; Tai galima užrašyti: (dn/n)=f(v)dv; f(v)tam tikra greičio funkcija, f(v)=dn/(ndv); (ji vadinama molekulių pasiskirstymo pagal greičių modulius funkcija, arba Maksvelio funkcija. Jos reikšmė tokia: Iš jos galima išreikšti dn: Funkcijos pasiskirstymo grafikas: (brėž). Kai v0 arba į , tai f(v)0; vt vertę gautume iš f(v) funkcijos ekstremumų sąlygos: Jei žinomas greičių intervalas dv, pasinaudojant grafiku galima nustatyti santykinį molekulių skaičių, kurių greičiai yra tame intervale. Maksvelio pasiskirstymas taikomas ten, kur dalelių šiluminis judėjimas aprašomas klasikinės nereliatyvistinės mechanikos dėsniais. Barometrinė formulė. Bolcmano pasiskirstymas. Išvedant molekulinės kinetinės teorijos pagrindinė lygtį, bei Maksvelio pasiskirstymą, nebuvo vertinamos dujų molekules veikiančios pašalinės jėgos ir manyta, kad užimamame tūryje molekulės pasiskirstę tolygiai. Tačiau bet kokių dujų molekulės yra visų pirma žemės gravitacijos lauke. Dėl gravitacijos jėgos iš vienos pusės ir šiluminių molekulių judėjimo, iš kitos pusės, didėjant aukščiui virš žemės paviršiaus, tiek oro molekulių koncentracija tiek oro slėgis mažėja. Išvesime slėgio priklausomybės nuo aukščio formulę idealizuotam atveju, kai gravitacijos jėgų molekulių masė vienoda. (brėž). p(p+dp)=gdh; dp= gdh; dh0; tai =const.; =m/V; pV=(m/M)RT; =(pM)/(RT); dp= (Mg/RT)pdh; (dp/p)= (Mg/RT)dh; (barometrinė formulė); (p0slėgis jūros lygyje). Paremtas aukščio matavimų prietaisų-altimačių-darbo matavimo principas. P=nkT (n-koncentracija); (n0-molekulių koncentracija jūros lygyje, n-oro koncentracija). Bolcmano pasiskirstymas. Bolcmano pasiskirstymo matematinė išraiška gauname iš formulės atlikus pakeitimus M=m0NA; R=kNA; (Wp- vienos molekulės potencinė energija išoriniame potencialiniame lauke). Dujų molekulių koncentracija didesnė ten kur mažesnė potencinė energija. Bolcmano pasiskirstymas galioja dujų molekulėms kurių masės vienodos, jos juda chaotiškai. Laisvės laipsnių sąvoka. Energijos pasiskirstymas pagal laisvės laipsnius. Idealiųjų dujų vidinė energija.(brėž). Klasikinėje mechanikoje laisvės laipsniu suprantamas skaičius nepriklausomų kintamųjų arba koordinačių vienareikšmiškai nusakančių sistemos padėtį erdvėje. Vienatomė dujų molekulė traktuojama kaip turinti tris slenkamojo judėjimo laisvės laipsnius. Dviatomė molekulė-kaip sistema dviejų materialiųjų taškų, susietų nedeformuojančiu ryšiu. Be trijų slenkamojo judėjimo laisvės laipsnių ji dar turi du sukamojo judėjimo laisvės laipsnius. Dviatomė turi penkis laisvės laipsnius (tirs slenkamajam ir du sukamajam). Triatomė turi šešis laisvės laipsnius (jei atomai ne vienoje tiesėje, tris slenkamajam ir tris sukamajam). Realiose molekulėse, kadangi ryšys tarp atomų nėra idealiai kietas, reikia įvertinti ir svyruojamojo judėjimo laisvus laipsnius. Kaip žinome, idealiųjų dujų atomo vidutinė kinetinė energija =(3/2)kT; kadangi visos judėjimo kryptys lygiavertės, kiekvienam laisvės laipsniui turi tekti toks pats energijos kiekis Logiška manyti kad ir sukamojo bei virpamojo judėjimo vienas laisvės laipsniui tenka toks pats energijos kiekis (1/2)kT; Sakykime, tam tikrų idealiųjų dujų molekulė turi tris slenkamojo judėjimo laisvės laipsnius ir ns-sukamojo judėjimo laisvės laipsnius, ir nv –virpamojo judėjimo laisvės laipsnius. Remiantis klasikine mechanika vidutinioji vienos molekulės energija yra: =(1/2)kT(3+ns+2nv)=(i/2)kT; Vienam virpamojo judėjimo laipsniui tenka dvigubai daugiau energijos, nes tūris Wp ir Wk. Jei tarp atomų ryšiai kieti, nevirpa, tai dydis (nv=0), i=laisvės laipsnių sk. Idealiųjų dujų 1 molio energija Um bus Um=(i/2)kTNa=(i/2)RT; Bet kokio dujų kiekio: U=Um=(m/M)(1/2)RT; ( -molių skaičius). Molekulių vidutinis laisvasis kelias.(brėž). Dujų molekulės visą laiką chaotiškai juda, todėl vienos su kitomis nuolat susiduria. Nuo vieno susidūrimo iki kito molekulės juda tiesiai ir tolygiai ir nulekia atstumą l, kuris vadinamas molekulių laisvuoju keliu. Bendruoju atveju laisvojo kelio ilgiai skirtingi, todėl naudojama . Mažiausias atstumas iki kurio suartėja susiduriančių molekulių centrai, vadinamas molekulių efektinių skersmeniu d, o dydis d2=efektinis skerspjūvis.d didumas priklauso nuo molekulių greičio, t.y. nuo dujų temperatūros. Per vieną sekundę molekulės nueina kelią lygų greičiui: t=1s; s=; Ir jei dydžiu pažymėsime vidutinį vienos molekulės susidūrimų skaičiu tai vidutinis laisvasis kelias bus: Susidūrimų skaičiui nustatyti tarsime kad visos molekulės yra vienodo skersmens d rutuliukai, kurie išskyrus vieną nejuda. Ši judanti molekulė susiduria tik su tomis kurių centrai patenka į susidūrimo efektinį skerspjūvį. Taigi vidutinis susidūrimų skaičius per sekundę lygus molekulių skaičiui laužyto cilindro viduje: =nV=nd2 =n; Kadangi realiai juda visos molekulės, susidūrimų dažnis 2 karto didesnis Nekintant temperatūrai, vidutinis susidūrimų skaičius per sekundę arba dažnis, tiesiogiai, o laisvasis kelias atvirkščiai proporcingas dujų slėgiui. Pirmasis yra 10-10 eilės, antrasis 10-7 eilės. Kai indo matmenys mažesni už vidutinį laisvąjį kelią, molekulės statistiškai imant viena su kita nesusiduria. Tokia dujų būsena vadinama vakuumu. Pirm. term. dėsnis ir jo taikymas. Dujų plėtimosi darbas. Sakykime cilindre yra dujos, uždarytos judriu, nesvariu, S ploto stūmokliu.(brėž). Dujoms plečiantis (pvz. šildant) stūmoklis paslenkamas atstumu dl ir atliekamas elementarusis darbas: dA=Fdl=pSdl=pdV; (p=F/S); Pilnasis dujų atliktas darbas Šis darbas skaitine verte lygus figūros plotui. 1) Jei procesas izochorinis, V=const, A=0; 2) jei procesas izobarinis, p=const, 3) jei procesas izoterminis, T=const, Pirmasis termodinamikos dėsnis. Energijos tvermės dėsnis, apimantis šiluminius reiškinius vadinamas pirmuoju termodinamikos dėsniu. Jis teigia: termodinaminės sistemos pilnutinės energijos pokytis W yra lygus gauto šilumos kiekio Q ir išorinių jėgų atlikto darbo sumai A’: W=Q+A’; Pilnutinė energija lygi W=Wk+Wp+U; Dažnai vyksta tik tokie procesai, kuriuose mechaninė energija Wk ir Wp nekinta. Tada pilnutinės energijos pokytis lygus vidinės energijos U pokyčiui: U=Q+A’; Šilumos kiekiu Q vadinama energija perduodama šilumos perdavimo būdu. Praktiniu požiūriu labai svarbi termodinaminė sistema yra šiluminė mašina. Gautą šilumos kiekį ji sunaudoja vidinei energijai padidinti ir darbui atlikti: Q=U+A; A’= A; Kai sistemai suteikiamas, elementarusis šilumos kiekis dQ, 1–asis termodinamikos dėsnis užrašomas taip: dQ=dU+dA; 1–asis termodinamikos dėsnis yra teisingas bet kokiam procesui, nors proceso vyksmo krypties nenusako. Šiluminė talpa. Molinės šilumos. Kūno šilumine talpa vadinamas dydis Ck, savo skaitine verte lygus šilumos kiekiui, kurį gavus, arba kurio netekus, kūno temperatūra pakinta vienu kelvinu. Ck=dQ/dT; Šiluminė talpa priklauso nuo kūno cheminės sudėties, masės ir šilumos perdavimo proceso pobūdžio. Šilumos kiekis kurį gavus arba kurio netekus vieno molio medžiagos temperatūra pakinta vienu kelvinu, vadinama moline šiluma C=dQ/dt; =m/M=N/NA; Šilumos kiekis kurį gavus arba kurio netekus masės vieneto temperatūra pakinta vienu kelvinu, vadinama specifine arba savitąja šiluma. C=dQ/mdT; Šiluminė talpa priklauso nuo šilumos perdavimo proceso pobūdžio, todėl dujoms skiriamas pastovaus tūrio ir pastovaus slėgio molinės šilumos: Cp>Cv; i–laisvės laipsnių skaičius. Kadangi idealiųjų dujų vieno molio vidinė energija yra: vidinės energijos pokytis: dUm=Cvdt; dQ=CvdT+pdVm; Idealiųjų dujų pastovaus slėgio molinė šiluma: Cp=Cv+R; (Majerio lygtis). Adiabatinis procesas. Adiabatiniu vadinamas procesas kuriam vykstant nėra termodinaminės sistemos šilumos mainų su aplinka. Artimi adiabatiniam yra visi greitaeigiai procesai, bei procesai sistemose apgaubtose šilumai mažai laidžia izoliacija. Pirmasis termodinamikos dėsnis adiabatiniam procesui užrašomas taip. dA+dU=0; dA= dU; Termodinaminė sistema atlieka darbą, bet savo vidinės energijos sąskaita. Kadangi: dUm=CvdT; dA=pdVm taigi bet kokiam molių skaičiui: pdV= (m/M)CvdT; p1V1=p2V2=const. (Adiabatės arba Puasono lygtis). (brėž.) Atkarpa 13 atitinka adiabatinį suspaudimą, 12 adiabatinį išsiplėtimą. Išsiplėtimo metu atliktas darbas skaitine verte lygus užbrūkšniuotam plotui. Matyti kad jis mažesnis negu izoterminiam procese. Tai galima paaiškinti tuo kad dujoms adiabatiškai plečiantis, jos atvėsta, o izoterminio proceso metu temperatūra pastovi. Antr. termod. dėsnis. Grįžtamieji ir negrįžtamieji procesai. Termodinamikos požiūriu visi gamtoje vykstantys procesai skirstomi į grįžtamuosius ir negrįžtamuosius. Grįžtamieji yra tokie kuriems pasibaigus, mechaninę ar termodinaminę sistemą galima grąžinti į pradinę padėtį per tas pačias terpines būsenas. Jeigu tokie perėjimai atvirkščiu keliu nevyksta, arba procesui pasibaigus aplinkiniuose kūnuose, ar pačioje sistemoje lieka kokie nors polyčiai, toks procesas yra negrįžtamas. Visi realūs procesai griežtai juos vertinant yra negrįžtami, nes visus juos lydi trintis, šilumos išsisklaidymas ir t.t. Tačiau grįžtamuosius procesus nagrinėti verta vien dėl to, kad būtų galima nustatyti ribas, prie kurių turi artėti realūs procesai, kad jų metu naudingu darbu virstu didžiausias šilumos kiekis. Grįžtamojo proceso pavyzdžiu gali būti laisvieji neslopinamieji svyravimai, nors griežtai žiūrint tokių nėra. Nesunku įsitikinti, kad kiekvienas pusiausvyrasis procesas yra grįžtamasis. Pvz. dujomis izotermiškai plečiantis, joms suteiktas visas šilumos kiekis, eikvojamas mechaniniam darbui atlikti dQ=pdV=dA. Ir atvirkščiai, išorinėms jėgoms atliekant darbą, dujos izotermiškai suspaustos iki pradinio tūrio, gražins indui tokį patį šilumos kiekį. Cikliniai procesai. Šiluminės mašinos. Cikliniu procesu arba ciklu suprantama visuma procesu kuriems įvykus sistema sugrįžta į pradinę būseną. Ciklas būsenos diagramoje atvaizduojamas uždara kreive, o jo pradžia ir pabaiga tuo pačiu tašku. Termodinaminė sistema kuri cikliniame procese pasikeičia energija su kitais kūnais vadinama darbine medžiaga. Tai dažniausiai dujos, garai. (brėž). Ciklą sudaro idealiųjų dujų išsiplėtimas 1-2 ir suspaudimas 2-1. Išsiplėtimo darbas yra lygus figūros 1a2V2V1 plotui, o suspaudimo darbas figūros 2V2V11 plotui. Išsiplėtimo darbas teigiamas, o suspaudimoneigiamas. Taigi ciklo metu atliktas darbas lygus plotui figūros apribotos uždara kreive. Jeigu ciklo metu atliekamas teigiamas darbas t.y. ciklas vadinamas tiesioginiu (a), jeigu neigiamas atvirkštiniu (b). Tiesioginis ciklas naudojamas šiluminiuose varikliuose, atvirkštinis-šaldymo mašinose. Pirmuosiuose iš pašalės gautoji šiluma paverčiama darbu, antrosiose, pašalinėms jėgoms atliekant darbą šiluma perduodama kūnui, kurio temperatūra aukštesnė. Pasibaigus cikliniam procesui termodinaminė sistema sugrįžta į pradinę būseną todėl jos pilnasis vidinės energijos pokytis lygus 0. Todėl 1-ąjį termodinamikos dėsnį tokiam procesui galima užrašyti taip: Q=U+A=A ; Tai yra darbas atliktas ciklo metu yra lygus gautam šilumos kiekiui. Tačiau ciklinio proceso metu sistema gali ne tik gauti šilumos kiekį bet ir atiduoti. Q=Q1Q2; Q1sistemos gautas šilumos kiekis, Q2atiduotas šilumos kiekis. Šiluminio variklio efektyvumas apibūdinamas terminiu naudingumo koeficientu . Jis lygus per vieną ciklą virtusio darbu ir gauto šilumos kiekio santykiui: Taigi matyti kad naudingumo koeficientas yra mažesnis už 1. (brėž). Darbinė medžiaga iš šaldytuvo per vieną ciklą gauna šilumos kiekį Q1, besiplėsdama varo darbiną mechanizmą, atlikdama darbą A. Atidirbusi darbinė medžiaga išmetama į aušintuvą. Juo gali būti specialus įrenginys atidirbusiam garui aušinti ir kondensuoti, arba tiesiog atmosferos oras. Darbinė medžiaga į aušintuvą išmeta ir tam tikrą šilumos kiekį Q2. Naudingumo koeficientas tuo didesnis, kuo mažesnis Q2. Šiuolaikinių šiluminių variklių naudingumo koeficientas siekia tik 3040. Ciklinis procesas atvirkščias nagrinėtam, realizuojamas šaldymo mašinose. Per vieną ciklą darbinė medžiaga iš šaltesnio kūno temperatūros T2 paima šilumos kiekį Q2, ir aukštesnės temperatūros T1 kūnui atiduoda šilumos kiekį Q1. Atiduodant šilumą Q1 darbinės medžiagos tūris mažėja ir jis atlieka neigiamą darbą A. Šis darbas lygus veikiančių sistemą išorinių jėgų darbui A’;(A=A’). Todėl pirmasis termodinamikos dėsnis šaldymo mašinai, būtų užrašomas taip: Q1=Q2+A’; Aukštesnės temperatūros kūnui perduotas šilumos kiekis Q1 lygus iš mažesnės temperatūros kūno paimto šilumos kiekio Q2 ir išorinių jėgų atlikto darbo sumai. Šaldymo mašinoje pašalinėms jėgoms atliekant darbą, šiluma pereina iš šaltesnio kūno į šiltesnį. Karno ciklas. Idealiosios Karno mašinos naudingumo koef. Atsiradus šiluminėms mašinoms, tiek fizikai, tiek konstruktoriai stengėsi padidinti naudingumo koeficientą. Karno įrodė teoriškai, kad didžiausią naudingumo koeficientą turėtų ideali šiluminė mašina, kurios ciklas sudarytas iš dviejų izoterminių adiabatinių procesų. Panagrinėsim tiesioginį Karno ciklą, kuriame kaip darbinė medžiaga panaudotos idealiosios dujos. (brėž). 12izoterminis išsiplėtimas; 23adiabatinis išsiplėtimas; 34izoterminis suspaudimas; 41adiabatinis suspaudimas. Izoterminiame procese sistemos vidinė energija nekinta: U=const.; T=0=ir visas gautas iš šildytuvo šilumos kiekis sunaudojamas besiplečiančių dujų darbui atlikti: Q=A12=(m/M)RT1ln(V2/V1); Adiabatiškai plečiantis šilumos mainų su aplinka nėra, todėl besiplečiančios dujos darbą atlieka savo sąskaita. A23= (m/M)CV(T2T1); Izotermiškai suslegiamos dujos atlieka neigiamą darbą, todėl jų vidinė energija ir temperatūra padidėja A41= (m/M)CV(T1T2)= A23; Susumavus viso ciklo metu atliktus darbus ir šilumos kiekius, gautume tokią naudingumo koeficiento išraišką: Dirbančios idealiosios Karno mašinos naudingumo koeficientas priklauso tik nuo šildytuvo ir aušintuvo temperatūrų. Realių šiluminių mašinų  žymiai mažesni, dėl trinties, šilumos spinduliavimo ir t.t. Antrasis termodinamikos dėsnis. Termodinaminių procesų aprašymui, pirmojo termodinamikos dėsnio dažnai nepakanka, nors jis ir absoliučiai teisingas. Išreikšdamas energijos tvermės ir virsmų dėsnį, pirmasis termodinamikos dėsnis neleidžia nustatyti gamtoje vykstančių termodinaminių procesų krypties. Pvz. pirmasis termodinamikos dėsnis neprieštarauja tam kad šiluma iš šaltesnio kūno pereitų į šiltesnį svarbu tik kad nepakistų sistemos pilnutinė energija. Termodinaminių procesų vyksmo kryptį nusakantis gamtos dėsnis vadinamas antruoju termodinamikos dėsniu. Jis buvo suformuluotas analizuojant šiluminių variklių darbą ir jų naudingumo koeficiento padidinimo galimybes. Savo laiku buvo manančių kad pašalinus aušintuvą, niekam nereikės atiduoti šilumos kiekio Q2 ir naudingumo koeficientas bus lygus vienam. Toks šiluminis variklis dirbantis be aušintuvo buvo netgi pavadintas antrosios rūšies amžinuoju varikliu. Kad toks variklis egzistuoti negali pirmasis išvadą padarė Karno. Apibendrinus Karno ir kitų patirtį ir buvo suformuluotas antrasis termodinamikos dėsnis. Kelvino ir Planko formuluotė: antrosios rūšies amžinasis variklis egzistuoti negali. Neįmanomas ciklinis procesas kurio vienintelis rezultatas būtų iš šildytuvo paimto šilumos kiekio pavertimas jam ekvivalentišku darbu. Ostvaldo formuluotė: negalimas antrosios rūšies amžinasis šiluminis variklis. Klauzijaus formuluotė: šiluma negali pati savaime pereiti iš žemesnė temperatūros kūnų į aukštesnės temperatūros kūnus. Entropija. Redukuotasis šilumos kiekis. (Q1Q2)T1=Q1(T1T2); Q1T2Q2T1=0:T1T2; (Q1/T1)(Q2/T2)=0; (Q1/T1)+(Q2/T2)=0; Termodinaminės sistemos gautojo šilumos kiekio ir absoliutinės temperatūros kurioje jis buvo pateiktas santykis vadinamas redukuotoju šilumos kiekiu. Redukuotasis šilumos kiekis suteiktas be galo trumpame procese bus dQ/T. Teoriškai įrodyta, kad bet kokiam grįžtamajam ciklui, redukuotojų šilumos kiekių suma yra lygi 0. …(*) Iš to, kad paskutiniosios lygybės intervalas lygus 0, seka, kad pointegralinis reiškinys yra pilnasis diferencialas tam tikros funkcijos. Ta funkcija priklauso tik nuo sistemos būsenos ir nepriklauso nuo kelio, kuriuo sistema atėjo į tą būseną: dQ/T=dS; Būsenos funkcija kurios diferencialas lygus redukuotajam šilumos kiekiui vadinama entropija ir žymima S. Entropijos pokyčio ženklas sutampa su redukuoto šilumos kiekio ženklu. Kai dQ>0 tai dS>0; kai dQ0. Šias abi išvadas galima apibendrinti. Izoliuotose termodinaminėse sistemose procesai vyksta tik tokia kryptimi, kad sistemos entropija nemažėtų. Tai ir būtų antrasis termodinamikos dėsnis izoliuotom sistemom. Izoliuotose sistemose vyksta tik savaiminiai dažniausiai negrįžtami procesai, nes aplinka izoliuotų sistemų neveikia. Jeigu termodinaminė sistema pereina iš būsenos 1 į būseną 2 entropijos pokytis bus: Pasinaudoja šita lygybe apskaičiuokime idealiųjų dujų entropijos pokytį: dU=(m/M)CVdT; dA=pdV=(m/M)RT(dV/V); Adiabatiniame procese gautas šilumos kiekis lygus 0 todėl ir entropijos pokytis S=0 arba S=const. Izoterminiame procese T1=T2=const., ln(T1/T2)=ln1=0; tai S1-2=(m/M)Rln(V2/V1); izochoriniame V1=V2=const. S=(m/M)Cvln(T2/T1); Kadangi realūs procesai yra negrįžtamieji, todėl galima teigti, kad realių procesų metu entropija tik didėja. Remiantis tuo antrasis termodinamikos dėsnis gali būti suformuluotas ir taip: realioje makroskopinių kūnų sistemoje galimi tik tokie procesai kurių metu entropija tik didėja. Realiosios dujos. Idealiųjų dujų modelis tinka ir realiosioms dujoms, kurių temperatūros nėra labai žemos o slėgiai labai aukšti. Naudojantis šiuo modeliu išvedant idealiųjų dujų būsenos lygtį, neįvertinami nei molekulių matmenys, nei jų tarpusavio sąveikos jėgos. Tačiau realiai didinant dujų slėgį mažėja atstumai tarp molekulių dėl ko vis labiau reiškiasi kaip pačių molekulių tūris taip ir jų tarpusavio sąveikos jėgos. Normaliomis sąlygomis (p=105Pa) V=1m3 yra apie 2,71025 molekulių kurių savasis tūris yra tik apie V=10-4 m3. Tačiau jam esant p500Mpa, V0,5V. Aprašant realiąsias dujas, būtina įvertinti tarpmolekulines sąveikos jėgas. Jos pasireiškia kai atstumai tarp molekulių mažesni kaip 10-9m. Dvidešimto amžiaus pradžioj, buvo išsiaiškinta kad tarp atomų ir molekulių veikia ne tik traukos bet ir stūmos jėgos. Pirmąsias sutarta vadinti neigiamom, antrąsiasteigiamom. Abi jos yra atstumo tarp molekulių funkcijos. (brėž). Esant molekulėms atstumu r0 traukos ir stūmos jėgų atstojamoji lygi nuliui, r=r0; Ftr=Fst; r

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!