12-мавзу: Термодинамика асослари

2. Ички энергия. Иссиқлик. Иш

Бирор модданинг бир бутун энергияси деганда шу модданинг кинетик энергияси билан модданинг ташқи кучлар майдонидаги потенциал энергияси ҳамда шу моддани ташкил этган микрозаррачалар энергияси, яъни модданинг ички энергияларининг йиғиндиси тушунилади.

(7.1)
- ички энергия тушунчаси молекулалар иссиқлик ҳаракатининг кинетик энергиясини, молекулалар орасидаги ўзаро таъсир потенциал энергиясини ва молекулалар ичидаги бошқа энергиялар (атомнинг молекулалардаги тебранма ҳаракат энергияси, атом ва ионларнинг электрон сатҳлари энергияси ва бошқалар) ни ўз ичига олади.
Ички энергия система ҳолатини белгилайди. Агар система ҳолатининг ўзгариши ҳолат параметрлари Р, V, T билан характерланса, у вақтда ички энергия шу ҳолат параметрларининг функцияси бўлади, яъни .
Ички энергия ҳолатнинг бир қийматли функцияси ҳисобланади. Бу шу нарсани англатадики, системанинг аниқ бир тайинли ҳолатига ички энергиянинг аниқ бир қиймати мос келади. Система бир ҳолатдан бошқа ҳолатга ўтганда унинг ички энергиясининг ўзгариши ички энергиянинг бу ҳолатларидаги қийматлари айирмасига тенг бўлиб, бир ҳолатдан бошқа ҳолатга ўтиладиган йўл шаклига боғлиқ эмас. Шунинг учун ички энергиянинг ҳисоб бошини танлаш аҳамиятли эмас. Кўпинча Т=0 да ички энергия нолга тенг деб олинади.
Юқорида айтганимиздек жисмнинг (модданинг) иссиқлик ҳолати унинг молекулаларининг хаотик (иссиқлик) ҳаракати интенсивлиги билан характерланади. Бу ҳаракат интенсивлиги ўзгарганда жисмнинг ички энергияси ва унинг иссиқлик ҳолати ўзгаради. Бундан 200 йилча муқаддам М. В. Ломоносов ўзининг «Иссиқ ва совуқнинг сабаби ҳақида фикрлар» («Размышления о причине тепла и холода») деган асарида иссиқлик материянинг ички ҳаракатида бўлиб, материянинг сезилмайдиган зарраларининг (ҳозирги терминологияда молекулаларининг) ўрин ўзгартиришидир деб ёзган эди.
Иссиқлик ҳолатлари турлича бўлган иккита жисм олайлик. Биринчи жисмда молекулаларнинг хаотик ҳаракати иккинчи жисмдаги молекулаларнинг хаотик ҳаракатидан интенсивроқ бўлсин. Бу жисмларни бир-бирига теккизамиз, яъни иссиқлик контакта ҳолатига келтирамиз. Бу ҳолда биринчи жисмнинг молекулалари жисмларнинг тегишиш чегарасида иккинчи жисм молекулаларига урилиб, уларнинг иссиқлик ҳаракати интенсивлигини оширади. Натижада жисмларнинг иссиқлик ҳолатлари ўзгаради: биринчи жисмнинг ички энергияси камаяди, иккинчисиники эса ортади. Биринчи жисмнинг иккинчи жисмга (иссиқлик контактида) берган ички энергияси миқдори берилган (узатилган) иссиқлик миқдори дейилади.
Жисмнинг иссиқлик ҳолати характеристикаси сифатида температура тушунчасини киритамиз: температура – жисм молекулалари хаотик ҳаракаги интенсивлигини миқдорий жиҳатдаи тавсифловчи физик катталикдир. Жисмда молекулаларнинг иссиқлик ҳаракати қанчалик интенсив бўлса, унинг температураси шунчалик юқори бўлади. Бизнинг мисолимизда биринчи жисмнинг температураси иккинчи жисмнинг температурасидян юқори эди. Агар иссиқлик контактида жисмларнинг иссиқлик ҳолатлари ўзгармаса, бу деган сўз жисмларнинг температураси бир хил, яъни жисмлар иссиқлик мувозанатида турибди демакдир.
Жисмнинг иссиқлик ҳолати ўзгарганда унинг температурасидан ташқари бошқа физик характеристикалари (масалан, ҳажми) ҳам ўзгаради. Бу характеристикаларнипг миқдорий ўзгаришдан (масалан, ҳажмнинг ўзгаришидан), жисм температурасининг ўзгариши ҳақида фикр юритиш ва температуранинг ўлчов бирлиги ҳамда температура шкаласини аниқлаш мумкин. Бирор физик характеристикасининг ўзгаришига кўра унинг температурасини аниқлаш мумкин бўлган жисм (асбоб) термометр дейилади.
Техникада ва лаборатория тадқиқотларида температурани ўлчаш учун электротермометрлар (қаршилик термомегрлари ва термопара-лар) кенг қўлланилади. Температурани аниқ ўлчаш ва термометрик шкалаларни даражалаш Гей-Люссак қонунига асослааган газли термометр (температураларнинг нормал шкаласи) воситасида бажарилади.
Юқорироқда иссиқлик контакти натижасида жисм ички энергиясининг ўзгариш катталигини жисмга узатилган иссиқлиқ миқдори деб атаган эдик. Шунинг учун иссиқлик миқдорини энергия (иш) бирликларида, яъни жоулларда ўлчанади.