Ichki energiya va entalpiya, ularning o‘zgarishi kimyoviy energiyaning manbaidir.
Turli xil termodinamik jarayonlarda jism ichidagi energiya o‘zgarishlari uning ichki energiyasining o‘zgarishi bilan bog‘lab tushuntiriladi. Ichki energiya moddaning to‘liq zapas energiyasini ifodalaydi. Ichki energiya xarakatlanayotgan molekulalrning kinetik energiyasi, ularning potensial energiyasi, elektronlar energiyasi, atom yadrolari energiyasi va nur energiyasining yig‘indisidan iborat, lekin bunga umuman jismning kinetik energiyasi va jism xolatining potensial energiyasi kirmaydi. Ichki energiya moddaning tabiyati va miqdoriga, shuningdek, uning mavjud bo‘lish sharoitlariga bog‘liq. Ichki energiya odatda U harfi bilan ifodalanadi. Kimyoviy jarayonlarda ichki energiyasining hammasi to‘liq namoyon bo‘lmaydi, shuning uchun bir real jarayonlarda ichki energiya zapasining o‘zgarishigina o‘rganamiz. Ichki energiya jismning xolati aniqlanadi, ya’ni u xolat funksiyasidir, shu jixatdan u ish bilan issiqlikdan farqlanadi. Ish bilan issiqlik jarayonining qanday o‘tganligiga bog‘liq, ichki energiyaning o‘zgarishi esa moddaning bir xolatdan ikkinchi xolatga qinday yo‘l bilan o‘tganligidan qathiy nazar ana shu xolatida ichki energiyasi U1 oxirgi holatida U2 bo‘lsa, ichki energiyaning o‘zgarishi
DU= U2 - U1 bo‘ladi.
Shunday qilib, moddaning har qaysi holatiga muayyan ichki energiya muvofiq qeladi.
Sistema bir xolatdan ikkinchi holatga o‘tganda uning ichki energiyasi ortishi yoki kamayishi mumkin, shunga ko‘ra ichki energiyaning o‘zgarishi (U musbat yoki manfiy ishorali bo‘ladi. (U musbat bo‘lsa sistemaga issiqlik yutilgan, manfiy bo‘lsa sistemaga issiqlik olingan (chiqarilgan) deymiz.
Bir-yuiri bilan o‘zaro ta’sirlashib turadigan atrof-muhitdan fikran ajratilgan jismlar gruppasi yoki alohida jism sistema deyiladi. Ichida ajralish sirti bo‘lmagan va hamma nuqtalardagi hossalari o‘zaro farq qilmaydgan sistema gomogen, ichida ajralish sirti bo‘lgan sistema esa geterogen sistema deyiladi. Masalan, suyuq suv va muzdan iborat sistema geterogen sistema bo‘ladi, chunki u ikki fazadan - muz (qattaq) va suvdan (suyuq) tarkib topgan. Gomogen sistema faqat bitta fazadan iborat bo‘ladi.
Tashqi muxit bilan modda va energiya almashina olmaydigan va xajmi o‘zgarmaydigan sistema izolyatsiyalangan sistema deb qaraladi.
Ilgari aytib o‘tilgandek, o‘zgarmas hajmda boradigan jarayonlar izoxorik jarayon, o‘zgarmas bosimdagi izobarik, o‘zgarmas temperaturada boradiganlari izotermik jarayon deyiladi. Izoxorik jarayondan boshqa har qanday termodinamik jarayonga energiyaning bir qismi kengayish ishiga sarflanadi. Izoxorik jarayonda sistemaga berilgan energiya faqat uning ichki energiyasining o‘zgarishiga sarflanadi. Izobarik jarayonlarni xarakterlash uchun entalpiya (N) degan funksiya kiritilgan:
Н = U + РV
bunday jarayonlarda berilgan issiqlik ichki energiyaning o‘zgarishi bilan kengayish ishiga sarflanadi: (H = Qr, ya’ni sistema entalpiyasining o‘zgarishi izobarik jarayonda yutilgan (yoki chiqarilgan) issiqlikka teng.
Entalpiya ham ichki energiya kabi holat funksiyasidir, uning o‘zgarishi sistemaning faqt boshlang‘ich va ohirgi xolatlariga bog‘liq.
Demak, ichki energiya va entalpiyaning qiymati qanday o‘zgarishiga qarab sistemaning (moddaning) kimyoviy energiyasi ortadi yoki kamayadi.
Termodinamikaning birinchi qonuni.
Termodinamikaning birinchi qonuni energiyaning saqlanish qonunining hususiy xoli bo‘lib, energiya ish va issiqlik tarzida bir-biriga aylanadigan jarayonlarda energiyaning o‘zgarishini ifodalaydi.
Energiyaning saqlanish qonuni termodinamik sistemalarga tatbiq qilinsa shunday ifodalanadi: izolyatsiyalangan (tashqi muhit bilan energiya almashinmaydigan) sistemaning energiyasi o‘zgarmaydi, faqat ekvivalent nisbatlarida bir turdan ikkinchi turga aylanishi mumkin. Masalan, 1 kgm mexanik ish 9,81 Joulg‘ issiqlik energiyasiga ekvivalent (shu sasbabali keyingi vaqtlarda ish bilan issiqlik bir xil birlikda - Joullarda o‘lchanadigan bo‘ldi).
Termodinamikaning birinchi qonuni matematik tarzda quyidagicha ifodalanadi:
Q = U + A
yoki DU = Q - A
ya’ni har qanday jarayonda sistemaga berilgan issiqlik (Q) ichki energiyaning o‘zgarishiga ((U) va tashqi kuchlarga qarshi ish (A) bajarishga sarflanadi yoki har qanday jarayonda sistema ichki energiyasining o‘zgarishi sistemaga berilgan issiqlik bilan sistemaning bajargan ishi orasidagi ayirmaga teng.
Yuqoridagi tenglamaga ko’ra energiyaning barcha turlarini uch turga keltirish mumkin. Issiqlik energiyasi Q - molekulalarning tartibsiz ilgarilama va tebranma harakat energiyasini aks ettiradi. Mexanik energiya, elekr, nur energiyasi ish deyilib, Adabiyet bilan belgilanadi. Ichki energiya Udan farq qilib, energiyaning Adabiyet va Q turlari energiyaning uzatilish formalari sifatida qaraladi.
Termodinamikaning birinchi qonunidan muhim xulosa kelib chiqadi: issiqlik sarflamay turib ish bajarib bo’lmaydi. Bu qonunning boshqacha tahrifi ham bor: izolyatsiyalangan sistemada barcha turdagi energiyalar yig‘indisi o‘zgarmas miqdordir.
Birinchi qonuning matematik ifodasiga uchta kattalikdan faqat bittasi - ichki energiyaning o‘zgarishi U sistemasining boshlang‘ich va oxirgi xolatlari bilan aniqlanadi va bu xolatga qaysi yo‘l bilan o’tilganiga bog‘liq. (Q va A) qiymati esa jarayon qaysi usulda bajarilganiga bog‘liq.
Termodinamikaning birinchi qonuni ko‘pchilik tadqiqotchilarning xech nima sarflamay turib ish bajaradigan dvigatel qurish haqidagi o‘y-fikrlari puch ekanligini ko‘rsatadi. Shu sababli bu qonun quyidagicha ham tahriflanadi: birinchi turdagi abadiy dvigatelning bo‘lishi mumkin emas.
|
