Термодинамик

Чөлөөт нэвтэрхий толь, Википедиагаас
Харайх: Удирдах, Хайлт

Илч Зүй эсвэл Термодинамик (Грек хэлний "дулаан" гэсэн утгатай θερμη терме болон чадал гэсэн утгатай δυναμις динамис гэсэн үгсээс гаралтай) нь макро түвшинд физик системүүдийн температур, даралт, эзэлхүүн зэрэг хэмжигдэхүүнүүдийн өөрчлөлтийн хүчин зүйлсийг тэдгээр системүүдийн бөөмсийн цогц хөдөлгөөнийг статистик аргаар шинжилэх замаар судалдаг физикийн шинжлэх ухааны нэг салбар ухаан юм.[1][2] Барагцаагаар хэлбэл дулаан гэдэг нь "энергийн шилжилт" бөгөөд динамик нь "хөдөлгөөнтэй" холбогдоно. Тиймээс хамгийн чухал нь термодинамик энергийн хөдөлгөөн болон хэрхэн энерги хөдөлгөөнд шилжиж буйг судалдаг. Түүхийн үүднээс харвал анхны уурын хөдөлгүүрүүдийн ашигт үйлийг дээшлүүлэх үүднээс хөгжиж үүссэн.[3]

Нийтлэг термодинамик систем - дулаан халуун (зуухнаас) хэсгээс хүйтэн (өтгөрүүлэгч) хэсэгрүү шилжиж ажил хийгдэж байна. Энэ тохиолдолд цуврал бүлүүрүүд ажил хийж байна.

Ихэнх термодинамикийн ухагдахуунууд термодинамикийн хуулиудаас эхэлдэг. Эдгээр хуулиуд нь энерги физик системүүдийн хооронд дулаан болон эсвэл ажил хийгдэх замаар шилжидэг хэмээн нотлодог.[4] Мөн аливаа системийн хувьд тодорхойлж болох энтропи хэмээгдэх хэмжигдэхүүнийг оршдог хэмээсэн постулатыг гаргадаг.[5] Термодинамикт биесийн томоохон цогцуудын хоорондын харилцан үйчлэлийг ангилж, судалдаг. Үүнд термодинамик систем болон термодинамик орчин гэсэн ойлголтуудыг оруулж өгсөн. Систем нь бөөмсөөс тогтох бөгөөд бөөмсийн дундаж хөдөлгөөн нь түүний шинж чанарыг тодорхойлж өгдөг. Үүнээс улбаалан хоорондоо төлөвийн тэгшитгэлээр холбогддог. Эдгээр шинж чанаруудыг нь хослуулан тэнцвэрт байдал болон битүү процессуудыг тодорхойлоход хэрэгтэй байдаг дотоод энерги болон термодинамик потенциал зэрэгийг тодорхойлдог.

Эдгээр аргачлалуудын тусламжтайгаар термодинамик нь хэрхэн систем нь гадаад орчиноосоо хамааран өөрчлөгдөх явцыг судалдаг. Үүнийг шинжлэх ухаан болон инженерчлэлийн олон салбаруудад ашигладаг. Тухайлбал хөдөлгүүр, фазын шилжилт, химийн урвал, шилжүүлэх үзэгдэлүүд???, мөн хар нүх зэрэгийн хүртэл судалгаанд ашигладаг. Термодинамикийн судалгааны үр дүн физикийн бусад салбарууд, мөн хими, химийн инженерчлэл, сансарын инженерчлэл, механик инженерчлэл, эсийн биологи, биоанагаахын инженерчлэл, материал судлал зэрэг ухаануудад чухал байдаг.[6][7]

Түүх[засварлах]

Сади Карно (1796-1832): термодинамикийн эцэг

Термодинамкийн товч түүх нь 1650 онд дэлхийн анхны вакуум насосыг зохион бүтээж дэлхий дээрх анхны вакуумыг буй болгосон (Магдебургийн бөмбөрцөг хэмээн алдаршсан) Отто вон Гуерихээс эхлэнэ.

Термодинамик систем[засварлах]

Үндсэн өгүүлэл: Термодинамик систем

System-boundary.jpg

Термодинамикийн чухал ойлголтын нэг бол "систем" юм. Орон зай дахь системээс бусад юмс бол гадаа бие буюу гадаад орчин болдог. Судалгаанд системийг орон зайн тодорхой хэсэг гэж үздэг. Систем нь орон зай дахь гадаад орчиноос хилээр тусгаарлагддаг ба хил нь бодит байж болно биш ч байж болно, гэхдээ зарчимын хувьд хязгаартай эзэлхүүнийг тодорхойлж өгдөг. Систем болон гадаад орчины хооронд шилжих ажил, дулаан, эсвэл матери нь энэхүү хилээр дамждаг. Хилийг дөрвөн төрөлд хуваадагûã õóâààõàä: бэхлэгдсэн, бэхлэгдээгүй, бодит болон хуурмаг.

Үндсэндээ "хил" гэдэг нь аливаа зүйлийн эзэлхүүний хүрээлж зурсан зохиомол тасархай шугам бөгөөд тухайн зүйлийн дотоод энергид хилээр нэвтэрч өөрчлөлт ордог. Тэр аливаа зүйлийн дотоод энергид өөрчлөлт буй болгож буй хилээр нэвтэрсэн ямар нэгэн зүйлийг энергийн балансын тэгшитгэлд тооцох ёстой болдог. Тэрхүү "аливаа зүйл" гэдэгт тухайлбал Макс Планкын 1900 онд тодорхойлсон хэлбэлзлийн энерги бүхий ганц атомыг хүрээлсэн орчин эсвэл Сади Карногийн 1824 онд бүтээсэн уурын хөдөлгүүр дэхь агаар эсвэл уур байж болно эсвэл мөн агаар мандалын термодинамикийн салбарт 1986 онд Кэрри Эмануэлийн томъёолсон тропикийн циклон байж болно, эсвэл орчин үед квант термодинамикт судлагдаж буй зүгээр ганц ширхэг нуклон (кваркуудын систем) ч байж болно.

Хөдөлгүүрийн хувьд бэхлэгдсэн хил гэдэг нь байрлалдаа түгжигдсэн бүлүүр байж болно. Тухайлбал тогтмол эзэлхүүнтэй процесс явагдаж болно. Мөн энэ хөдөлгүүрт бэхлэгдээгүй хил гэдэг нь бүлүүр дээш доош хөдлөж буйг ойлгож болно. Хаалттай системүүдийн хувьд хил нь бодит байдаг бол нээлттэй системийн хувьд хил нь төсөөлөл төдийн байх жишээтэй. Системүүдийн үндсэн таван ангилал байдаг:

  1. Тусгаарлагдсан систем – хил нэвтрэн бодис болон энерги солилцохгүй байж болно.
  2. Адиабат систем – хил нэвтрэн дулаан солилцохгүй байх ёстой.
  3. Битүү систем - хил нэвтрэн дулаан солилцох боломжтой.
  4. Хаалттай систем – хил нэвтрэн бодис солилцохгүй байх боломжтой.
  5. Нээлттэй систем – хил нэвтрэн дулаан, ажил, матери солилцох боломжтой (энэ тохиолдолд ихэвчлэн Хяналтын эзэлхүүн гэдэг)...

Термодинамик процессууд[засварлах]

Үндсэн өгүүлэл: Термодинамик процессууд

Термодинамик процесс гэдгийг термодинамик системийн эхний төлөвөөс эцсийн төлөв хүртэлх энергийн өөрчлөлтөөр тодорхойлох боломжтой. Термодинамик процесс болгон нь ихэвчлэн нэг нэгнээсээ чухам аль параметр нь тухайлбал эзэлхүүн, даралт, температур тогтмол байгаагаасаа хамааран ялгагддаг. Термодинамикийн түгээмэл долоон процессуудыг доор харуулав:

  1. Изобар процесс - тогтмол даралттай үед.
  2. Изохор процесс - тогтмол эзэлхүүнтэй үед:
  3. Изотерм процесс - тогтмол температуртай үед.
  4. Адиабат процесс - дулаан солилцоогүй үед.
  5. Изэнтропи процесс - (адиабат процессын эсрэг) тогтмол энтропитай үед.
  6. Изэнтальпи процесс - тогтмол энтальпитай үед.
  7. Тогтмол төлөв - системийн дотоод энергид өөрчлөлт гарахгүй үеийн процесс.

Ишлэл[засварлах]

  1. Perrot, Pierre (1998). A to Z of Thermodynamics. Oxford University Press. ISBN 0-19-856552-6. 
  2. Clark, John, O.E. (2004). The Essential Dictionary of Science. Barnes & Noble Books. ISBN 0-7607-4616-8. 
  3. Clausius, Rudolf (1850). On the Motive Power of Heat, and on the Laws which can be deduced from it for the Theory of Heat. Poggendorff's Annalen der Physick, LXXIX (Dover Reprint). ISBN 0-486-59065-8. 
  4. Van Ness, H.C. (1969). Understanding Thermodynamics. Dover Publications, Inc.. ISBN 0-486-63277-6. 
  5. Dugdale, J.S. (1998). Entropy and its Physical Meaning. Taylor and Francis. ISBN 0-7484-0569-0. 
  6. Smith, J.M.; Van Ness, H.C., Abbott, M.M. (2005). Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics. McGraw Hill. ISBN 0-07-310445-0. 
  7. Haynie, Donald, T. (2001). Biological Thermodynamics. Cambridge University Press. ISBN 0-521-79549-4. 

Нэмж унших[засварлах]

  • Cengel, Yunus A.; Boles, Michael A. (2002). Thermodynamics - An Engineering Approach. McGraw Hill. ISBN 0-07-238332-1. 
  • Kroemer, Herbert; Kittel, Charles (1980). Thermal Physics. W. H. Freeman Company. ISBN 0-7167-1088-9. 
  • Goldstein, Martin; Inge, F (1993). The Refrigerator and the Universe. Harvard University Press. ISBN 0-674-75325-9. 
  • Dunning-Davies, Jeremy (1997). Concise Thermodynamics: Principles and Applications. Horwood Publishing. ISBN 1-8985-6315-2. 

{{cite book | editor=Gal-Or, Benjamin; title= Modern Developments in Thermodynamics, Wiley, {{cite book | author=Gal-Or, Benjamin; title=Cosmology, Physics and Philosophy, Springer Verlag, 1981, 1983, 1987, New York

Гадаад холбоос[засварлах]