Termodinamikaning i-qonuni

Termodinamikaning birinchi qonuni

Termodinamikaning birinchi qonuni – bu issiqlik jarayonlarida energiyaning aylanish va saqlanish qonunidir.

Har qanday termodinamik sistema holatining o’zgarishi, bu sistemaning ish bajarishi yoki tashqi kuchlarning bu sistema ustidan ish bajarishi bilan bo’ladi. Bundan tashqari, termodinamik sistemaga biror issiqlik miqdori berib yoki undan olganda ham sistemaning holati o’zgaradi.
Biror termodinamik sistemani, masalan silindr va harakatlanuvchi porshen ostidagi gazni olaylik. Bu sistemaning ichki energiyasini U deb belgilaylik (2-rasm).

2-rasm

Sistema atrofidagi jismlar bilan energiya almashinuvida bo’lsa, uning ichki energiyasi ΔU miqdorga o’zgaradi.

Agar kuzatilayotgan T₀ haroratli II sistema boshqa T₁ haroratli I sistemaga tekkizlilsa (T₁>T₀), unda kuzatilayotgan I termodinamik sistemaga ΔQ issiqlik miqdori uzatiladi.
Bunda I sistemaning ichki energfiyasi ΔU miqdorga ortadi va sistemaning holati o’zgaradi, hamda uning hajmi ortadi va tashqi sistemalarni (III) mexanik harakatga keltiradi. Bu holatda II termodinamik sistema, tashqi kuchlarga (jismlarga) nisbatan ΔA ish bajariladi. Unda energiyaning saqlanish qonunini quyidagi ko’rinishda yozamiz.

Bu termodinamika birinchi qonunining matematik ifodasidir. Shunday qilib, termodinamik sistemaga berilgan issiqlik miqdori (ΔQ) uning ichki energiyasi (ΔU) ortishiga va sistemani tashqi atrofdagi sistemalarga nisbatan A ish bajarishiga sarf bo’ladi.
Yuqoridagi formulani, cheksiz kichik orttirishlar bilan, ya’ni differensial almashtirsak, unda termodinamikaning birinchi qonuni quyidagicha yoziladi:

Endi termodinamik sistema hajmining o’zgarishida bajarilgan ishni hisoblaymiz.
2-rasmda ko’rsatilganidek, gaz yuzasi S bo’lgan qo’zgaluvchan porshen bilan berkitilgan silindrga qamalgan bo’lsin. Sistema (gaz) atrofidagi jismlardan dQ issiqlik miqdori olsin, bu holatda sistema (gaz) ning harorati ortishi natijasida, porshenga tas’ir qilayotgan gaz molekulalarining bosim kuchi ham o’rtadi.
Ammo tashqi bosim o’zgarmas bo’lgani uchun porshen dx masofaga siljib, ya’ni sistemaning hajmi ortadi va gaz bosimi o’zgarmas holda qoladi.
Sistema bunda dA ish bajaradi:

Bu yerda

Ssistema (gaz) ning porshenga ta’sir qilayotgan kuchi, P – gazning bosimi.
Yuqoridagi formulada Sdx kattalik gaz hajmining dV ga o’zgarishini beradi, ya’ni

Unda sistemaning hajmi elementar kengayishlarida bajarilgan ish yuqoridagini quyidagi ko’rinishda yozsak bo’ladi:

Demak, sistema hajmining o’zgarishida bajarilgan ish, gaz bosimi bilan hajm o’zgarishining ko’paytirilganiga teng.
Yuqoridagi formulani e’tiborga olsak, u holda termodinamikaning birinchi qonunini quyidagi ko’rinishda yozamiz:

dA va dQ lar jarayon funksiyalaridir, dU esa to’liq differensialdir. Shu boisdan ichki energiya U sistema holatini bir qiymatli ravishda aniqlab, holat funksiyasi deyiladi.