Термодинамикалық процестер

Термодинамикалық процестер

Адиабаталық процесс 

Адиабаталық процесс адиабаттық процесс — қоршаған ортамен жылу алмаспайтын физикалық жүйеде өтетін термодинамикалық процесс. Адиабаталық процесс жылу өткізбейтін (адиабаталық) қабықшалармен қоршалған жүйелерде өтеді деп есептелінеді. Сыртқы орта мен жүйе арасында жылу алмасып үлгере алмайтындай уақытта тез өтетін процестер (жылу оқшаулағыш қабықшалары болмайтын) адиабаталық процесс ретінде қарастырылады. Оған мысалы, дыбыстың ауада таралуы, жылу қозғалтқыштарының цилиндрі ішіндегі газдың сығылуы (немесе ұлғаюы) т.б. жатады. Газ сығылғанда температура көтеріледі, ұлғайғанда — төмендейді. Адиабаталық процесс қайтымды және қайтымсыз процесс түрінде өтуі мүмкін.

Адиабаталық процесс - атмосферада адиабаталық процесс — қоршаған ортамен жылу алмасуынсыз болып тұратын (жер бетімен, ғарышпен, жанасатын ауа массасымен) ауаның термосерпіндік өзгерісі. 

Адиабата (гр. adiabatos— өтпейтін) — адиабата — қайтымды (адибаттық) процесті бейнелей алатын қисық , графикалық сызық. 

Изобаралық процесс 

Изобаралық процесс – сыртқы тұрақты қысымда физикалық жүйеде өтетін процесс.

Ол термодинамикалық диаграммада изобарамен кескінделеді. Изобаралық процесстің қарапайым мысалына ашық ыдыстағы суды қыздыру, еркін қозғалатын поршені бар цилиндрдегі газдың ұлғаюы жатады. Бұл екі жағдайда да қысым атмосфералық қысымға тең. Изобаралық процесс кезінде идеал газдың көлемі температураға пропорционал болады (қ. Гей – Люссак заңы). Изобаралық процессте, жүйенің жылу сыйымдылығы изохоралық процеске (тұрақты көлемде) қарағанда көбірек болады. Мысалы, идеал газ үшін:

 , мұндағы   және   – изобаралық және изохоралық процестердегі бір бөлшекке келетін жылу сыйымдылықтары.

Изобаралық процессте идеал газдың жасайтын жұмысы   -ге тең, мұндағы   – қысым,   – газ көлемінің өзгерісі.

Изотермалық процесс

Изотермалық процесс, изотермиялық процесс – физикалық жүйеде тұрақты температурада жүретін процесс; термодинамикалық күй диаграммасында изотермамен кескінделеді.

Изотермалық процессті жүзеге асыру  үшін жүйе, әдетте, термостатқа орналастырылады. Бұл жағдайда термостаттың жылу өткізгіштігі өте үлкен болып келеді де, жүйе температурасының іс жүзінде термостат  темп-расынан айырмашылығы болмайды. Изотермалық процесстің мысалына тұрақты  температурадағы сұйықтықтың қайнауы  не қатты дененің балқуы жатады. Изотермалық процесс кезіндегі идеал газда қысым мен көлемнің көбейтіндісі тұрақты болады. Изотермалық процесс кезінде жүйеге белгілі бір жылу мөлшері беріледі (не одан белгілі бір жылу мөлшері алынады) және оның есебінен сыртқы жұмыс жасалады. Идеал газ үшін ол жұмыстың шамасы мынаған тең:

, мұндағы   –газдағы бөлшектер саны,   – абсолют температура,   – Больцман тұрақтысы,   және   – газдың бастапқы және соңғы көлемдері.

Егер фазалық ауысу болмаса, онда изотермалық процесс кезінде  қатты дененің және көптеген сұйықтықтардың көлемі өте аз өзгереді.

Изохоралық процесс 

Изохоралық процесс – физикалық жүйеде тұрақты көлемде жүретін процесс. Ол термодинамикалық күй диаграммасында изохорамен кескінделеді.

Изохоралық процессті  көлемі өзгермейтін герметикалық (тұмшаланған) ыдыстағы газдар мен сұйықтықтарда  жүзеге асыруға болады. Дене көлемінің  өзгеруіне ішкі энергиясыныңөзгеруі жылудың жұтылуы не шығуы есебінен атқарылады. Температураның өзгеруіне байланысты газдың (сұйықтықтың) қысымы да өзгереді. Изохоралық процесс кезінде идеал газдың қысымы температураға пропорционал (Шарль заңы) болады. Нақты (идеал емес) газда Шарль заңы орындалмайды. Өйткені газға берілген жылудың белгілі бір бөлігі бөлшектердің өзара әсерлесу энергиясын арттыруға жұмсалады. Ал қатты денедегі изохоралық процессті атқару техникалық жағынан едәуір күрделі болып келеді. Сығылғыштығы өте аз қатты денедегі кез келген изотермалық процесті, бірнеше ондаған килобар қысымға дейін, изохоралық процесс деп есептеуге болады.

Квазистатикалық процесс, тепе-тең процесс 

Квазистатикалық процесс, тепе-тең процесс – термодинамикалық жүйенің бір тепе-тең күйден екінші (басқа) күйге шексіз баяу ауысуы. Мұндай кезде жүйенің кез келген кезеңдегі физикалық күйінің тепе-тең күйден шексіз аз айырмашылығы ғана болады. Квазистатикалық процесс кезінде жүйедегі тепе-теңдік, жүйенің физикалық параметрлерінде болатын өзгерістерге қарағанда, әлдеқайда жылдам орнайды. Кез келгенквазистатикалық процесс – қайтымды процесс. Квазистатикалық процесс термодинамикада үлкен рөл атқарады. Өйткені, құрамына квазистатикалық процесс енетін термодинамикалық циклдер ғана ең көп жұмыс өндіреді.“ Квазистатикалық процесс” терминін неміс математигі К.Каратеодори (1873 – 1950) ұсынған (1909).

Квазистатикалық процесс, тепе-тең процесс 

Квазистатикалық процесс, тепе-тең процесс – термодинамикалық жүйенің бір тепе-тең күйден екінші (басқа) күйге шексіз баяу ауысуы. Мұндай кезде жүйенің кез келген кезеңдегі физикалық күйінің тепе-тең күйден шексіз аз айырмашылығы ғана болады. Квазистатикалық процесс кезінде жүйедегі тепе-теңдік, жүйенің физикалық параметрлерінде болатын өзгерістерге қарағанда, әлдеқайда жылдам орнайды. Кез келгенквазистатикалық процесс – қайтымды процесс. Квазистатикалық процесс термодинамикада үлкен рөл атқарады. Өйткені, құрамына квазистатикалық процесс енетін термодинамикалық циклдер ғана ең көп жұмыс өндіреді.“ Квазистатикалық процесс” терминін неміс математигі К.Каратеодори (1873 – 1950) ұсынған (1909).

Қайтымды процесс

Қайтымды процесс, термодинамикада – термодинамикалық жүйенің тура процесінің барлық аралық күйлерін кері бағытта ретімен қайталай отырып, бастапқы қалпына қайта оралуы мүмкін болатын бір күйден екінші күйге ауысуы. Табиғатта өтіп жататын процестердің ешқайсысы да бұл шартты қанағаттандырмайды, олар қайтымсыз процесс болып табылады, тек олардың кейбіреулерін ғана идеалдандырған жағдайларда Қайтымды процесс деп қарастыруға болады. Қайтымды процесс уақыттың таңбасын өзгерткен кезде өзінің түрін өзгертпейтін теңдеулермен сипатталады. Механика мен электрдинамиканың (егер үйкеліс күштері түріндегі күштерді ескермесе) көптеген есептері, т.б. Қайтымды процесстерге негізделіп зерттеледі. Қайтымды процесс түсінігі уақытқа айқын тәуелді болмайтын термодинамиканың бірінші және екінші бастамаларына сүйенетін макроскопиялық термодинамика тепе-теңдігінің негізгі түсініктерінің бірі. Термодинамикада Қайтымды процесс бір-бірінен айырмашылығы шексіз аз болатын тепе-теңдік күйлердің үздіксіз қатары ретінде қарастырылатын өте баяу процесс, демек Қайтымды процесс тепе-теңдік жүйені анықтайтын термодинамикалық параметрлердің баяу өзгерісімен сипатталады. Мұндай процестер квазистатикалық немесе квази тепе-тең процестер деп аталады. Квазистатикалық процестің қайтымды болатыны оның әрбір аралық күйінің термодинамикалық тепе-теңдік күйде болатындығында, сондықтан процестің тура не кері бағытта өтіп жатқандығы ескерілмейді. Қайтымды процесстің микроскопиялық теориясы статистикалық физикада қарастырылады.