А) жұмыстың 2 түрі бар: (δАұлғ) ұлғаю жұмысы және (ΔАʹ) пайдалы жұмыс
Энергияның бір денеден екінші денеге және бір түрден екінші түрге ауысуы.
Ртүрлі жағдайларда өтетін физикалық және химиялық процестердің энергиялық эффектілері.
Процестің өтуі не өтпеуі, олардың бағыты және шегі.
Термодинамика үшке бөлінеді- жалпы, техникалық және химиялық. Термодинамикада негізгі зерттелетін объект жүйе. Жүйе дегеніміз қоршаған ортаның ойша немесе щыншектермен шектелген бөлігі. Бұл бөлік бір немесе бірнеше денеден тұрады. Егер жүйені құратын денелер бір-бірімен не басқа денелермен энергия немесе зат алмасу арқылы әрекеттессе онда ол термодинамикалық жүйе болып саналады. Термодинамикалық жүйе 3 түрлі болады: ашық – қоршаған ортамен энергия да, зат та алмасу арқылы әрекеттеседі; жабық – қоршаған ортамен тек энергия алмасу арқылы әрекеттеседі; оқшау – қоршаған ортамен зат та, энергия да алмаспайды. Тағы да жүйе гомогенді және гетерогенді болып бөлінеді. Гомогенді жүйе – тек бір фазалы денелерден құралады. Гетерогенді жүйе – кемінде екі фазалы денелерден құралады.
Термодинамика макроскопиялық денелерді қарастырады, яғни кемінде 1020-1025 бөлшектерден тұратын денелер. Ал осы бөлшектер жылудың әсерінен ылғи қозғалыста болады. Термодинамика осы жылу қозғалысын температура арқылы өлшейді. Осыдан термодинамикадығы алғашқы тұжырым шығады: жылу тепе-теғдігінде барлық термодинамикалық денелерде температура бірдей болады. Бұны термодинамиканың нөлдік заңы деп те айтады.
Термодинамикалық тепе-теңдік. Жүйе өзіне тән қасиеттерімен, соған сәйкес күймен сипатталады. Егер жүйенің күйі өзгермей тұрақты болсатермодинамикалық тепе-теңдік орнаған болып саналады. Мұндай жағдайда жүйенің барлық бөліктерінде температура, қысым және концентрация бірдей болады.
Жүйенің қасиеттері мен күйін сипаттайтын шамаларды параметрлер дейміз. Олар екіге бөлінеді: интенсивтік және экстенсивтік. Процесс орындалып, тепе-тіңдік орнағаннан кейін теңесетін параметрлерді интенситік не потенциалдар дейміз. Оларға қысым, температура, кернеу, химиялық потенциал және т.б. жатады. Ал тепе-теңдік орнағаннан кейін қосылатын параметрлерді экстенсивтік не координаттар дейміз. Оларға масса, жылу сыйымдылық, заряд ж/е т.б. жатады. Термодинамика энергияның сақталу зағына негізделеді. Термодинамикада қозғалыс энергиямен сипатталады. Ал осы энергия әрдайым интенсивтік және экстенсивтік параметрлердің көбейтіндісімен анықталады. Мысалы mv2 .
Термодинамика заңдарын матиматикалық әдістермен өрнектеу үшін дифференциалдық теңдеулер мен дербес туындылар пайдаланылады. Себебі жүйе күйін сипаттайтын параметрлер айнымалышамалар болып саналатындықтан олар бір-бірімен функционалдық байланыста болады. Бұл байланысты дифференциалды қатынастар арқылы аламыз.
2. Термодинамиканың 1-ші заңы, оның анықтамалары мен аналитикалық өрнектері. Термодинамиканың 1-ші заңы табиғаттың жалпы заңдарының бірі- энергияның сақталу заңының дербес түрі. Оны былай тұжырымдауға болады: энергияның түрлері бір- біріне эквивалентті және бірдей қатынаста ауысады. Термодинамиканың 1-ші заңының математикалық өрнектері:
ΔU= Q- A, dU= δQ- δA
Оларды XIX ғ. ортасында Д. Джоуль мен Р. Майер бір- біріне қатыссыз анықтағанын, кейін г. Гельмгольц механикалық жұмыс орнына жұмыстың басқа түрін енгізіп тұжырымдаған.
Осы заңға сәйкес энергия жоқтан пайда болмайды ж/е жоққа жұмсалмайды; ол бір жүйеден екінші жүйеге өтеді ж/е бір түрден екінші түрге өтеді. Бірінші заңның ең маңызды салдары бірінші текті мәңгі қозғалтқыш жасау мүмкін емес екендігі туралы тұжырым болып табылады. Ол дегеніміз сыртқы ортадан ешқандай энергия қабылдамай ж/е өзінің ішінде ешқандай өзгерістер жүрмей пайдалы жұмыс өндіретін машина жасау мүмкін емес.
А) жұмыстың 2 түрі бар: (δАұлғ) ұлғаю жұмысы және (ΔАʹ) пайдалы жұмыс.
dU= δQ- δАұлғ ==> δАұлғ= PdV, яғни dU= δQ- PdV
Термодинамикада энергияның бір түрден екінші түрге ауысуы 2 түрлі формада болады. Олай болса, жүйеге берілген жылу ішкі энергияның өзгерісіне және жұмыс жасауға жұмсалады: δQ= dU+ δA
Ішкі энергияның өз өзгерісі толық дифференциал түрінде жазылғанда: δQ=(∂U∕ ∂V)TdV+(∂U∕∂T)VdT+ δA, егер жүйеде тек көлем ұлғаю жұмысы жасалса, яғни δА= PdV болса: δQ=(∂U∕ ∂V)TdV+(∂U∕∂T)VdT+ PdV
Енді термодинамиканың бірінші заңын идеал газдардағы изопроцестер үшін қолданайық:
1) Изохоралық процестерде (V=const) газ жұмыс жасамайды А=0, сәйкес Q = ΔU = UT1 – UT2
Бұндағы UT1 ж/е UT2 газдың бастапқы ж/е соңғы күйдегі ішкі энергиялары. Идеал газдардың ішкі энергиясы тек температураға тәуелді ( Джоуль заңы). Изохоралық қыздыру кезінде газ жылуды жұтады(Q>0) ж/е оның ішкі энергиясы артады. Ал суытқан кезде(Q<0) жылу газдан сыртқа бетіледі, сәйкес ішкі энергия кемиді.
2) Изобаралық процестер үшін (p=const) газдың жасайтын жұмысы былай өрнектеледі:
A = p (V2 –V1) = pΔV
Ал термодинамиканың бірінші заңы бұндай процесс үшін : Q = UT1 – UT2 + p (V2 –V1) = ΔU - pΔV
Изобаралық ұлғаю кезінде (Q>0) газ жылуды жұтып, оң жұмыс жасайды. Ал изобаралық сығылу кезінде (Q<0) жылу сыртқы ортадан газға беріледі. Нәтижесінде А<0 . Изобаралық сығылу кезінде газ температурасы кемиді Т2 <Т1, ішкі энергия азаяды ΔU<0.
3) Изотермиялық процестерде газ температурасы өзгермейді, сәйкесінше ішкі энергияда өзгермейді ΔU =0. Изотермиялық процестер үшін термодинамиканың бірінші заңыкелесі теңдікпен беріледі : Q = A. Изотермиялық ұлғаю кезінде алынған жылу сыртқы ортаға жұмсалатын жұмысқа кетеді. Ал сығу кезінде газды сығуға кеткен күштер сыртқы ортаға берілетін жылуға айналады.
Термодинамикада изопроцестермен қатар адиабаталық процестер қарастырылады. Адиабаталық процес – сыртқы ортамен жылу алмасу болмайтын процесс. Оған адиабаталық ұлғаю және сығылу процестері жатады. Бұндай процестерде Q = 0 , сондықтан термодинамиканың бірінші заңы былай өрнектеледі: A = - ΔU. Яғни газ ішкі энергиясының кемуі есебінен жұмыс жасайды. Адиабаталық ұлғаю кезінде газ оң жұмыс жасайды, сондықтан оның ішкі энергиясы кемиді, осыдан газ температурасы төмендейді. Нәтижесінде адиабаталық процесс кезінде изотермиялық процеске қарағанда қысым тезірек төмендейді.
Гесс заңы, оның термодинамикалық негізделуі. Ішкі энергия және энтальпия, олардың өзара байланысы. Гесс заңы процестің жылу эффектісі процестің жолына тәуелсіз ол тек жүйенің бастапқы ж.е соңғы күйлерімен анықталады