Көп атомды газдың ішкі энергиясы

1
Қазақстан Республикасы Білім және Ғылым Министрлігі
Семей қаласының Шәкәрім атындағы мемлекеттік университетіИнженерлік-технологиялық факультет
(факультет атауы)

Техникалық физика және жылуэнергетика
(кафедраның атауы)

5В071700- Жылуэнергетика
(шифр,мамандықтың атауы)

СӨЖ

Жылу техникасының теориялық негіздері
(пән аты)

Орындаған: Тексерген:
ТЭ-701 тобының студенті: аға оқытушы: Шалаганова А.Н.
Асанова Н.

Семей
2018 ж.
МАЗМҰНЫ
Кіріспе 3
1 Энергия және оның түрлері 4
2 Ішкі энергия 5
2.1 Көп атомды газдың ішкі энергиясы 6
2.2 Ішкі энегияны өзгерту әдістері 7
Қорытынды 9
Пайдаланған әдебиеттер: 10

Кіріспе

Дененің механикалық энергиясынан басқа, ішкі энергиясы да болады. Газдың молекулалары мен атомдары үздіксіз ретсіз қозғалыста болады және олардың арасындағы өзара әрекеттесу күштерінің шамасы өте аз. Газдардың ішкі энергиясы дегенде, оның бөлшектері қозғалысының кинетикалық энергиясын айтады. Сұйықтар мен қатты денелердің молекулалары мен атомдары ілгерілмелі қозғалыс жасайды және өзара әрекеттеседі. Сондықтан сұйықтардың, қатты заттардың және газдардың ішкі энергиясы олардың бөлшектері қозғалысының бір мезгілде кинетикалық бірде потенциалдық энергияларын түсінеміз. Дененің ішкі энергиясы деп денені құрайтын бөлшектердің ретсіз қозғалысының энергиясы мен олардың өзара әрекеттесу энергиясын айтады. Дәлірек айтқанда, ішкі энергияға, сонымен қатар дене ішіндегі бөлшектер қозғалысының басқа да түрлеріне байланысты энергияны жатқызады, олар: химиялық энергия, атом энергиясы, ядроның ішкі энергиясы. Бірақ молекулалық физика мен термодинамикада жылу құбылыстарын зерделегенде, молекулалардың тек кинетикалық және потенциалдық энергияларының өзгеруі болатын құбылыстар ғана қарастырылады. Сондықтан дененің ішкі энергиясы туралы айтқанда, біз төмендегі анықтамаға сүйенеміз.
Дененің барлық молекулаларының жылулық қозғалысының кинетикалық энергиясы мен өзара әрекеттесуінің потенциалдық энергиясының қосындысын дененің ішкі энергиясы деп атайды [1].

1 Энергия және оның түрлері

Энергия – материя қозғалысының әртүрлі формасының жалпы өлшеуіші.тМатерия қозғалысының әртүрлі формалары бір-біріне айналып (түрленіп) отырады. 19 ғасырдың орта шенінде осы қозғалыстың барлық формалары бір-біріне белгілі бір сандық мөлшерде ғана айтылатындығы анықталды; осы жағдай «энергия» ұғымын енгізуге, яғни қозғалыстың әртүрлі физикалық формаларын бірыңғай өлшеуішпен өлшеуге мүмкіндік берді. » Энергия» ұғымы сақталу заңына бағынады. Энергия туралы түсінік мәңгілік қозғалтқыш жасаудың мүмкін еместігін дәлелдеуге байланысты пайда болды. Жұмыстың қоршаған ортадағы немесе жүйедегі белгілі бір өзгерістің (отынның жануы, судың құлауы, т.б.) нәтижесінде ғана орындалатындығы анықталды; дененің бір күйден басқа бір күйге ауысуы кезіндегі белгілі бір жұмыс істеу қабілеті оның энергиясы деп аталды.
Қозғалыстың әртүрлі формасына сәйкес энергияның да бірнеше түрі бар (мысалы, механикалық энергия, химиялық энергия, электромагниттік энергия, гравитациялық энергия, ядролық энергия, т.б.) Физиканың даму процесінде энергия ұғымы нақтыланып әрі жалпыланып отырды. Энергия туралы ілімнің дамуындағы маңызды бір кезең үздіксіз ортадағы энергия қозғалысы мен «энергия ағыны» туралы ұғымның енгізілуі болды. Энергия ағыны деп энергия тығыздығы мен берілген ортадағы орын ауыстыру жылдамдығының көбейтіндісіне тең векторды айтады. Жалпы Энергияның екі түрі қарастырылады: потенциалдық және кинетикалық энергия. Потенциалдық энергия денелердің немесе дене бөліктерінің өзара алмасуынан пайда болады. Кинетикалық энергия дене қозғалысқа түскенде пайда болады. Дененің қозғалысымен байланысты энергия кинетикалық энергия деп аталады. Денені үдету үшін орындалатын жұмыс оның кинетикалық энергиясын арттырады, ал үдетілген денемен орындалатын жұмыс оның кинетикалық энергиясының төмендеуіне әкеледі. Дененің кинетикалық энергиясы дененің жылдамдығының квадратына тура пропорционал. Кинетикалық энергия бір денеден екінші денеге беріледі, сонымен қатар ол өзінің формасын өзгертеді. Бір қалыпты қозғалатын дененің кинетикалық энергиясын динамика мен кинематика теңдеулерін қолданып,денені үдету үшін жасалынатын жұмыс ретінде анықтауға болады.
Дененің потенциалдық энергиясы гравитациялық өрісте дене салмағы мен оның орналасқан биіктігінің көбейтіндісіне тең. Потенциалдық энергия белгілі бір деңгейге байланысты беріледі. Дененің энергиясының артуы мөлшері біз көтеретін биіктікпен салыстырғанда үлкен болып келетін , биіктігін анықтай алмайтын денелердің биіктігін ауырлық центрі арқылы анықтаймыз [2]. Кинетикалық және потенциалдық энергиядан басқа дененің ішкі энергиясын да қарастырамыз.

2 Ішкі энергия

Ішкі энергия – дененің (жүйенің) тек ішкі күйіне байланысты энергия. Ішкі энергияға дененің барлық микробөлшектерінің (молекулалардың, атомдардың, иондардың, т.б.) ретсіз (хаосты) қозғалыстарының энергиясы, микробөлшектердің өзара әсерлесу энергиясы, атомдар мен молекулалардың ішкі энергиясы, т.б. жатады. Ішкі энергия ұғымын 1851 жылы У.Томсон енгізген. Дененің бір күйден екінші күйге ауысу барысындағы Ішкі энергиясының өзгерісі (ΔU) мынаған тең (1):

ΔU=ΔQ – A (1)

Мұндағы Q – жүйенің қоршаған ортамен алмасқан жылу мөлшері, А – істелген жұмыс. Бұл теңдеу жылу алмасу процесі басты рөл атқаратын жүйелердегі энергияның сақталу және айналу заңын (термодинамиканың бірінші бастамасын) өрнектейді. Энергияның сақталу заңына сәйкес Ішкі энергия физикалық жүйе күйінің, яғни осы күйді анықтайтын тәуелсіз айнымалылардың (мысалы, температура, көлем не қысым), бір мәнді функциясы болады. Q және А шамаларының әрқайсысы жүйені Ішкі энергиясы U1-ге тең күйден U2-ге тең күйге ауыстыратын процестің сипатына тәуелді болады (2):

ΔU=U2 – U1 (2)

Жүйе бастапқы күйіне қайтып келетін (U2-U1) кез келген тұйық процесс үшін Ішкі энергияның өзгерісі (ΔU) нөлге тең. Адиабаттық процесте (қоршаған ортамен жылу алмасу болмаған, яғни Q=0 жағдайда) жүйенің Ішкі энергияның өзгерісі жүйенің істеген жұмысына не жүйеге жасалған жұмысқа тең. Газдардың кинетикалық теориясы бойынша идеал газдар Ішкі энергиясының өзгеруі нәтижесінде, температураға байланысты молекулалардың кинетикалық энергиясы өзгереді. Сондықтан идеал газдың (немесе қасиеттері сол идеал газға жуық газдардың) Ішкі энергиясының өзгерісі тек оның температурасының өзгерісімен анықталады (Джоуль заңы). Бөлшектері өзара әсерлесетін физикалық жүйелерде (нақты газдарда, сұйықтықтарда, қатты денелерде) молекулааралық және молекула ішіндегі өзара әсер энергиялары да Ішкі энергияға жатады. Мұндай жүйелерде Ішкі энергия температурамен қатар қысым мен көлемге де тәуелді болады. Абс. нөлге жуық ( – 273,16°С) төмен температуралар аймағында конденсацияланған жүйелер (сұйық … жалғасы