Viskozas vides (g?zes vai ??idruma) termisk? izple?an?s
Termodinamika
(no
sengrie?u
therme
? siltums,
dynamis
? sp?ks
[1]
) ir
fizikas
nozare, kas nodarbojas ar da??du
ener?ijas
formu un ener?ijas p?rneses formu attiec?b?m. Termodinamik? p?ta
iek??jo ener?iju
,
siltuma daudzumu
,
darbu
,
entropiju
, un t? ir cie?i saist?ta ar
statistisko meh?niku
.
At??ir?b? no
meh?nikas
termodinamik? ener?ijas zaud??ana vai sa?em?ana notiek divos veidos: ar
darbu
vai ar
siltumu
. Pirmais ir jebkur? makrofiziskais
ener?ijas
nodo?anas veids, otrais ir mikrofizisko
ener?ijas
nodo?anas procesu kopums. T?pat at??ir?b? no meh?nikas termodinamik? ener?ija tiek iedal?ta ?erme?u ?r?j? ener?ij? un ?erme?u iek??j? ener?ij?.
[1]
Termodinamika balst?s uz diviem termodinamikas s?kumiem (likumiem, principiem):
pirmo
un
otro
termodinamikas likumu, kuri saist?ti ar galveno fizikas likumu par
ener?ijas nez?dam?bu
.
[2]
Termodinamika pie?em, ka pasaule ir sadal?ta
sist?m?s
, ko atdala vai nu re?las, vai iedom?tas robe?as. Sist?mas, kas netiek apskat?tas attiec?gaj? br?d?, tiek uzskat?tas par vidi. Sist?mas ir iesp?jams sadal?t s?k?k vai apvienot.
Past?v tr?s termodinamisko sist?mu tipi:
- izol?tas sist?mas (sist?ma un t?s vide neapmain?s ar siltumu,
mat?riju
vai darbu, tas ir, sist?mu aptver adiab?tisks jeb siltumnecaurlaid?gs apvalks),
- sl?gtas sist?mas (sist?ma un t?s vide neapmain?s ar mat?riju, ta?u apmain?s ar ener?iju (caur siltumu, darbu)),
- atv?rtas sist?mas (sist?ma un t?s vide apmain?s gan ar mat?riju, gan ener?iju).
Makroskopiskie parametri ir t?di
lielumi
k?
spiediens
,
tilpums
,
bl?vums
,
temperat?ra
. ?ie parametri ir vid?jie lielumi, kas raksturo liela da?i?u kopuma norises. Konkr?t? gad?jum? ?o parametru v?rt?bas var at??irties no ?o pa?u parametru vid?j?m v?rt?b?m, un ??das novirzes sauc par
fluktu?cij?m
. Jo liel?ks da?i?u skaits, jo maz?kas fluktu?cijas. Termodinamik? fluktu?cijas parasti ne?em v?r?, piem?ram, spiediena fluktu?cijas 1 cm³ gaisa norm?los apst?k?os nep?rsniedz 10
?19
da?u no gaisa spiediena vid?j?s v?rt?bas. ?os parametrus sauc par makroskopiskajiem, jo tie neapraksta atsevi??as da?i?as, t? k? zin?t katras da?i?as vietu un kust?bu viel? nav iesp?jams un to zin?t nav nepiecie?ams.
[3]
Iz??ir procesa parametrus un st?vok?a parametrus. Procesa parametri ir lielumi, kuru skaitlisk? v?rt?ba ir atkar?ga no ce?a, pa kuru sist?ma no s?kuma st?vok?a non?k beigu st?vokl?. St?vok?a parametri ir lielumi, kuru skaitlisk? v?rt?ba nav atkar?ga ce?a, pa kuru sist?ma no s?kuma st?vok?a non?k beigu st?vokl?.
[4]
Termodinamiska procesa piem?rs-
karno cikls
. 1,. 3. procesi ir izotermiski, bet 2., 4. procesi ir adiab?tiski. Non?kot s?kumpunkt?, cikls var s?kties no jauna.
Katra makroskopisk? parametra izmai?a izraisa termodinamisk?s sist?mas st?vok?a izmai?u. Sec?gu sist?mas st?vok?u mai?u sauc par termodinamisko jeb siltuma procesu. Ja sist?ma ??da procesa beig?s atgrie?as s?kumst?vokl?, tas ir ciklisks process.
Termodinamiskais jeb siltuma l?dzsvars
ir st?voklis, kur? termodinamisk?s sist?mas visi makroskopiskie parametri neierobe?oti ilgi paliek nemain?gi (piem?ram, sl?gt? trauk? eso?ai g?zei laik? nemain?s tilpums, spiediens, temperat?ra). ??da st?vokl? nenotiek
ener?ijas
apmai?a starp sist?mu un apk?rt?jo vidi un, ja sist?ma sast?v no vair?kiem ?erme?iem, to visu temperat?ra ir vien?da. Sist?mas atsevi??o da?u citu parametru (visu, iz?emot temperat?ras) v?rt?bas var b?t at??ir?gas (piem?ram, g?zei, kas atrodas sl?gt?, ar ???rssienu sadal?t? trauk?, ab?s trauka da??s ir vien?da temperat?ra, bet at??ir?gs spiediens). Pirm? siltuma l?dzsvara
aksioma
: izol?t? sist?m?, kura sast?v no jebk?diem ?erme?iem jebk?d? daudzum?, agri vai v?lu iest?jas siltuma l?dzsvars.
[1]
Otr? siltuma l?dzsvara aksioma: izol?t? sist?m?, kura sast?v no jebk?diem ?erme?iem jebk?d? daudzum? un kur? v?l nav iest?jies siltuma l?dzsvars, ? jo maz?ka ?erme?a masa, jo strauj?kas ?erme?a st?vok?a izmai?as.
[1]
Termodinamisko procesu, kur?, mainoties makroskopiskajiem parametriem, katr? laika moment? sist?ma atrodas l?dzsvara st?vokl?, sauc par l?dzsvarotu procesu. Klasiskaj? termodinamik? p?ta tie?i ??dus procesus. Neviens re?ls process nevar b?t l?dzsvarots t?p?c, ka procesam b?tu j?norisin?s bezgala l?n?m, lai katr? laika moment? iest?tos l?dzsvars. T?p?c ieviests
kvazistatiska jeb kvazil?dzsvarota procesa
j?dziens, kas ir idealiz?ts process, kuru veido sec?gi, tuvi l?dzsvara st?vok?i.
[3]
Termodinamik? par ?ermeni sauc
vielu
, kura aiz?em noteiktu tilpumu. Termodinamik? ?erme?i tiek iedal?ti div?s grup?s: ??miski viendab?gi ?erme?i, tas ir,
??miskie elementi
vai
??miskie savienojumi
bez piejaukumiem, un ??miski neviendab?gi ?erme?i, tas ir, vielas ar piejaukumiem, kas ietekm? ?o vielu fizik?l?s ?pa??bas. ??miski neviendab?gu ?erme?u sast?vs var b?t viendab?gs ? vielas, kuru mais?jums veido ?ermeni, vis?s ?erme?a da??s ir vien?d?s proporcij?s ? un neviendab?gs ? da??d?s ?erme?a da??s vielu proporcija ir at??ir?ga.
Visas paz?mes, kuras raksturo ?ermeni un kur?m piem?t objekt?vs m?rs (piem?ram, bl?vums, sasil?anas pak?pe, elektriz?t?bas pak?pe, magnetiz?t?bas pak?pe, vielu daudzuma attiec?ba), sauc par ?erme?a st?vok?a termodinamiskajiem parametriem. Termodinamiskais ?erme?a st?voklis ir visu min?to parametru kopums.
Par f?zi termodinamik? d?v? fizik?li viendab?gu ?ermeni (t?di parametri k? bl?vums, temperat?ra u.c. vien?di vis?s ?erme?a da??s) vai vair?ku vien?du p?c sast?va un l?dzsvara st?vok?a ?erme?u kopumu.
[1]
Spiediens - da?i?u
impulsa
mai?a triecoties vienai pret otru vai pret trauka sien?m.
?r?ji
sp?ki
rada spriegumu (spiedienu) uz ?ermeni apvalka spiediens uz ?ermeni). Nekust?gs ?ermenis rada uz savu apvalku t?du pa?u spiedienu, k?du apvalks rada uz ?ermeni (darb?ba vien?da ar pretdarb?bu, abu spiedienu v?rt?bas ir vien?das, bet to z?mes + vai - ir pret?jas). Spiedienu, kuru ?ermenis rada uz savu apvalku, apz?m? ar
.
, ja ?ermenis tiek saspiests, un
, ja ?ermenis tiek vispus?ji izstiepts.
[1]
L?dzsvarotas izple?an?s proces? ?erme?a veikto
darbu
izsaka formula
, kur
ir spiediens,
ir
tilpuma
izmai?a.
[5]
??das norises past?v, piem?ram, horizont?li novietot?
cilindr?
, kura vienu galu sl?dz kust?gs
virzulis
un kur? atrodas ?ermenis. Pie?em, ka virzulis p?rvietojas cilindr? bez
berzes
. L?dzsvarot? st?vokl? spiediens
ir v?rsts
perpendikul?ri
?erme?a apvalka virsmai un uz virzuli darbojas sp?ks
, kur
ir virzu?a virsmas
laukums
. T?p?c darbu
var izteikta ar? ar ??du formulu:
, kur
ir virzu?a p?rvietojums (cilndra tilpums ir pamata laukuma un augstuma reizin?jums, ?aj? gad?jum? augstums ir virzu?a p?rvietojums un cilindra tilpums ir tilpuma izmai?a
).
Ja ?erme?a spiediens uz virzuli nav vien?ds ar
, notiek nel?dzsvarota izple?an?s. Vid?jo spiedienu, kuru ?ermenis rada uz virzuli izple?an?s moment? apz?m? ar
(efekt?vais spiediens). Nel?dzsvarotas izple?an?s darbu
izsaka ar formulu
.
Kad ?ermenis izple?as,
un
.
Ja nepast?v sp?ki, kas vismaz da??ji l?dzsvaro ?erme?a spiedienu (
), ?ermenis var izplesties, neveicot darbu (
).
Kad ?ermenis tiek saspiests,
un
, ta?u
, un
.
L?dz ar to nel?dzsvarotas izple?an?s un saspie?anas procesos
.
[1]
Siltuma izplat??an?s veidi:
konvekcija
,
kondukcija
un
siltumstarojums
.
Neatkar?gi no t?, ka past?v da??di siltuma j?dziena skaidrojumi, svar?gi: termodinamik? siltums, t?pat k? darbs, ir ener?ijas p?rneses veids (visbie??k sastopamais k??dainais siltuma skaidrojums ir, ka siltums pats ir ener?ijas veids). Siltums un darbs ir nel?dzv?rt?gi ener?ijas p?rneses veidi t?d? zi??, ka ar darbu var tikt papildin?ts jebkura ener?ijas veida kr?jums, turpret? ar siltumu var tikt papildin?ts tikai
iek??j?s ener?ijas
kr?jums.
[1]
Iek??j? ener?ija
ir makroskopisks lielums, kur? sev? ietver sist?mu veidojo?o da?i?u mikroskopisk?s kust?bas ener?iju, mijiedarb?bas ener?iju (molekul?r? pievilk?an?s un atgr??an?s),
iek?molekul?ro
un
iek?atom?ro
??misko ener?iju, k? ar?
kodolener?iju
, starpmolekulu
gravit?cijas
ener?iju un
starojuma
ener?iju.
[1]
Entalpija
ir makroskopisks lielums, kur? raksturo izob?risku (nemain?gs spiediens) procesu siltumefektus, entalpija ir skaitliski vien?da ar iek??j?s ener?ijas izmai?as un izple?an?s darba summu.
[4]
Entropija
ir makroskopisks lielums, kur? raksturo sist?mas varb?t?gumu jeb nesak?rtot?bas pak?pi.
[4]
Gibsa ener?ija
ir makroskopisks lielums, kur? nor?da, cik liela iek??j?s ener?ija da?a var tikt izmantota vai ieg?ta ??miskaj? p?rv?rt?b?.
Termodinamik? kompens?cija ir darba ?erme?a (pirm? veida kompens?cija) vai citu proces? iek?auto ?erme?u (otr? veida kompens?cija) termodinamisk? st?vok?a izmai?a, p?rv?r?ot siltumu darb?; ?is j?dziens tiek izmantots
otr? termodinamikas likuma
aprakst??anai.
[1]
Siltuma re?ener?cija jeb p?rveido?ana ir ?erme?a gan k? siltumavota, gan k? dzes?t?ja izmanto?ana da??d?s cikla pus?s, t? tuvina cikla ?pa??bas
Karno ciklam
, tas ir, paaugstina
lietder?bas koeficientu
.
[1]
Relaks?cija ir sist?ma atgrie?an?s l?dzsvara st?vokl? p?c ?r?jas iedarb?bas izbeig?an?s. Relaks?cija ilgst noteiktu laiku, kur? da??diem parametriem var at??irties.
[6]
Pirmais no termodinamikas likumiem
ir
ener?ijas nez?dam?bas likums
, ko var defin?t ??di:
- sist?mai pievad?tais siltums var tikt t?r?ts vai nu sist?mas iek??j?s ener?ijas palielin??anai, vai darba padar??anai uz apk?rt?jo vidi (darbu veic sist?ma)
[7]
;
- sist?mai pievad?ts siltums un pielikts darbs summ? izmaina sist?mas iek??jo ener?iju (darbu veic ?r?ji sp?ki)
[8]
.
Otro termodinamikas likumu
vienk?r?oti var defin?t ??di: sl?gt? sist?m?
entropija
nekad netop maz?ka. Var teikt ar?, ka siltums nekad pats no sevis nep?riet no v?s?k? ?erme?a uz silt?ko ?ermeni t?, lai apk?rtn? neb?tu notiku?as nek?das izmai?as.
Tre?ais termodinamikas likums
ir ??ds: visi procesi apst?jas,
temperat?rai
tuvojoties
absol?tajai nullei
.
V?l tiek izdal?ts ceturtais jeb
nulltais termodinamikas likums
: sl?gt? sist?ma laika gait? patva??gi p?riet l?dzsvara st?vokl? un paliek taj? neierobe?oti ilgi, kam?r nemain?s ?r?j?s vides iedarb?ba.
Nemainoties vielas
masai
, t?s makroskopiskie parametri ? tilpums
, spiediens
, temperat?ra
? ir savstarp?ji saist?ti. Visvienk?r??k ??s sakar?bas ir nov?rojamas
g?z?m
.
, kur k?pin?t?ju
skaitlisk?s v?rt?bas katrai g?zei nosak?mas
eksperiment?li
.
Ja proces? nemain?s g?zes temperat?ra
, ??du procesu sauc par
izotermisku procesu
. Ja nemain?s spiediens
, tas ir
izob?risks process
. Ja nemain?gs ir tilpums
, process ir
izohorisks
.
Adiab?tisks process
[9]
? process, kur? nenotiek siltumapmai?a.
Ja g?zei, kurai nemain?s masa
, atbilst
Klapeirona jeb ide?l?s g?zes st?vok?a vien?dojums
,
t? ir
ide?la g?ze
. Visas vielas g?zveida st?vokl? ir re?las g?zes un t?m Klapeirona vien?dojums ir pareizs tikai tuvin?ti, ta?u tas ir pietiekami prec?zs retin?t?m g?z?m, ja to temperat?ra ir t?la no
kondens??an?s
/
iztvaiko?anas
temperat?ras.
Boila?Mariota likums
ir Klapeirona?Mende?ejeva vien?dojums izotermiskam
procesam:
.
G?zes spiediens ir apgriezti
proporcion?ls
t?s tilpumam
. L?kni, kura
grafiski
att?lo g?zes spiediena atkar?bu no tilpuma, sauc par izotermu
[10]
.
Klapeirona?Mende?ejeva vien?dojums izob?riskam
procesam:
.
Ja
un temperat?r?
g?zes tilpums ir
, bet temperat?r?
??s g?zes tilpums ir
,
, kur
,
;
, kur
ir g?zes tilpuma termiskais koeficients.
G?-Lisaka likums
: vis?m ide?l?m g?z?m rakstur?ga vien?da tilpuma termisk? koeficienta v?rt?ba. Re?laj?m g?z?m, ja t?m tuvin?ti ir pareizs Klapeirona vien?dojums,
ir aptuveni vien?ds ar t? v?rt?bu ide?l?m g?z?m.
G?zes tilpums ir proporcion?ls t?s temperat?rai
. L?kni, kura grafiski att?lo g?zes tilpuma atkar?bu no temperat?ras, sauc par izob?ru
[11]
.
Klapeirona?Mende?ejeva vien?dojums izohoriskam
procesam:
.
Ja
un temperat?r?
g?zes spiediens ir
, bet temperat?r?
??s g?zes spiediens ir
,
, kur
,
;
, kur
ir g?zes spiediena termiskais koeficients.
?arla likums
: vis?m ide?l?m g?z?m rakstur?ga vien?da spiediena termisk? koeficienta v?rt?ba. Re?laj?m g?z?m, ja t?m tuvin?ti ir pareizs Klapeirona vien?dojums,
ir aptuveni vien?ds ar t? v?rt?bu ide?l?m g?z?m.
[3]
G?zes spiediens ir proporcion?ls t?s temperat?rai
. L?kni, kura grafiski att?lo g?zes spiediena atkar?bu no temperat?ras, sauc par izohoru
[12]
.
Sad? Karno
? termodinamikas "t?vs"
Siltuma daudzums form?li netika atz?ts par ener?ijas veidu l?dz 1795. gadam, kad milit?rais in?enieris
Bend?amins Tompsons
(
Benjamin Thompson
) dev?s uz Angliju, kur piev?rs?s
artil?rijas
iero?u izgatavo?anas probl?mai. ??s probl?mas risin??an? vi?? pie??ma, ka siltums ir ener?ijas forma. Par termodinamikas "t?vu" uzskata fran?u milit?ro in?enieri
Sad? Karno
.
[13]
Vi?? nol?ma p?t?t
tvaika dzin?ja
darb?bas ciklu, att?lojot tvaika dzin?j? izmantot?s vielas temperat?ras, spiediena un tilpuma izmai?as grafik?. ?is cikls m?sdien?s ir zin?ms k?
Karno cikls
. 1824. gad? Sad? Karno public?ja darbu "P?rdomas par uguns kust?bas sp?ku un par ma??n?m, kas sp?j?gas att?st?t ?o sp?ku" (
fran?u
:
Reflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres a developper cette puissance
).
T?pat par termodinamikas aizs?c?jiem uzskata
Klapeironu
,
Majeru
,
lordu Kelvinu
,
Klauziusu
,
Renkinu
,
Hirnu
,
Ceineru
,
Lindi
18. gadsimt?,
Molj?
20. gadsimt?.
[1]
19. gadsimt? tika att?st?ta t? saukt? tehnisk? termodinamika, tas ir, att?st?tas
siltuma ma??nu
(
tvaika virzu?dzin?ju
,
iek?dedzes dzin?ju
,
tvaika turb?nu
) darb?bas teorijas. ?aj? laik? galven? v?r?ba tika velt?ta cikliskiem procesiem un to
lietder?bas koeficientam
, g?zu un tvaiku ?pa??b?m, termodinamisko
diagrammu
rad??anai. 20. gadsimt? arvien v?l tehniskaj? termodinamik? par svar?g?ku k?uva tvaiku pl?smas un izkliedes p?t??ana, un visliel?kie nopelni taj? pieder
Lorencam
un
Prandtlam
.
[1]
20. gadsimt? tika aizs?ktas un att?st?tas jaun?kas termodinamikas nozares:
- tvaiku, ??idrumu un ciet?erme?u termodinamisk?s ?pa??bas ?
van der V?lss
,
Renjo
,
Endr?ss
,
Amaga
;
- f??u l?dzsvars un f??u p?rejas ?
Rozeboms
,
Ostvalds
,
Di?ms
,
Le ?atelj?
,
Tammans
,
Kurnakovs
;
- elektrisko un magn?tisko procesu termodinamika ?
lords Kelvins
,
Helmholcs
,
Di?ms
;
- starojuma
ener?ijas termodinamika ?
Kirhofs
,
V?ns
,
lords Relejs
,
D?inss
,
Lorencs
,
Planks
,
Laue
;
- ??mijas termodinamika ?
Gibss
,
van't Hofs
,
L?iss
,
Bjerums
.
[1]
Termodinamika ir veicin?jusi jaunu fizikas nozaru ra?anos, piem?ram,
kvantu teorija
rad?ta p?c
Planka
termodinamikas p?t?jumiem, ??mijas konstan?u teorija un
g?zu de?ener??anas
teorija rad?ta p?c
Nernsta
termodinamikas p?t?jumiem,
aktivit?tes
teorija ? p?c
L?isa
termodinamikas p?t?jumiem.
[1]
Termodinamik?, t?pat k? daudz?s cit?s fizikas nozar?s, ir bijusi
k??daina teorija
?
siltumra?a
teorija, kuru izdev?s aizst?t ar
molekul?ri kin?tisko teoriju
tikai p?c ilgsto?iem pier?d?jumiem un kuras ietekme termodinamik? past?v v?l ?obr?d, piem?ram, j?dzieni, k?
siltumietilp?ba
,
siltuma daudzums
(ar? aplamie, bezj?dz?gie v?rdu savienojumi, k? 'siltuma kr?jums', 'siltuma ener?ija'), kuri m?dz rad?t priek?statu par siltumu k? par kaut ko ?erme?os eso?u.
[1]
- ↑
1,00
1,01
1,02
1,03
1,04
1,05
1,06
1,07
1,08
1,09
1,10
1,11
1,12
1,13
1,14
1,15
≪К. А. Путилов. Термодинамика. 1971≫
. Skat?ts: 18.03.2021
.
- ↑
≪О.М. Полторак - Термодинамика в физической химии≫
. Skat?ts: 19.03.2021
.
- ↑
3,0
3,1
3,2
Viktors F?orovs, Imants Kolangs, P?teris Pu??tis, Edv?ns ?ilters, Em?ls Vainovskis.
Fizikas rokasgr?mata
. R?ga : Zvaigzne, 1985. 89.?99. lpp.
- ↑
4,0
4,1
4,2
Valdis Kokars.
Visp?r?g? ??mija
. R?gas Tehnisk? universit?te, 2009. 100.?111. lpp.
ISBN
978-9984-32-700-6
.
- ↑
≪Работа расширения или сжатия газа≫
.
studfile.net
. Skat?ts: 06.06.2021
.
- ↑
A. Valters, A. Apinis, M. Ogri??, A. Danebergs, Dz. L?sis, A. Okmanis, J. ?udars.
Fizika
. Zvaigzne, 1992. 125. lpp.
ISBN
5-405-00110-4
.
- ↑
Walker, Jearl, 1945-.
Halliday & Resnick fundamentals of physics
(extended edition izd.). Hoboken, NJ.
ISBN
978-1-119-46013-8
.
OCLC
1119740042
.
- ↑
≪1 TDL + Adiab?tisks process≫
.
fizmix.lv
. Skat?ts: 28.06.2021
.
- ↑
≪adiab?tisks process≫
.
termini.gov.lv
. Skat?ts: 25.05.2021
.
- ↑
≪izoterma≫
.
tezaurs.lv
. Skat?ts: 10.06.2021
.
- ↑
≪Izob?risks process≫
.
uzdevumi.lv
. Skat?ts: 10.06.2021
.
- ↑
≪izohora≫
.
tezaurs.lv
. Skat?ts: 10.06.2021
.
- ↑
≪Nicolas Leonard Sadi Carnot≫
. Asme.org
. Skat?ts: 2014. gada 14. novembr?
.