6.5 Дененің ішкі энергиясы
Газ өзінің әрбір күйінде шамасы газ күйіне тәуелді болатын ішкі энергияға ие болады.Ішкі энергия жұмыс денесіне жиналған, энергияның толық қорын білдіреді. Жалпы жағдайда ішкі энергия деп атомдар мен молекулалардың кинетикалық және потенциалды энергиясының сомасын түсіну қабылданған.
Газдың ішкі кинетикалық энергиясы оның температурасына тәуелді болады, өйткені температура атомдар мен молекулалар қозғалысының орташа кинетикалық шамасы т.б.
Тіркелу (өзара әрекеттесу) күштерімен келтірілген, ішкі потенциалды энергия, молекулалардың бір - біріне қаншалықты жақын орналасқанына, басқаша айтқанда берілген температурада 1кг газ қандай меншікті көлемді алатынына немесе берілген температурада газдың қандай қысымда болатынына тәуелді болады.
Жоғарыда айтылғаннан газдың ішкі энергиясы температурадан және меншікті көлемнен немесе температурадан және қысымнан тәуелді болатыны көрініп тұр.
Газдың әрбір күйіне ішкі энергияның әбден анықталған мәні тән. Бұл ішкі энергияны Р,V,T сияқты шамалардың сол дәрежесіне, басқаша айтқанда газ күйінің шамашарттарсанына тіркеуге негіз болады.
Молекулалары потенциалды энергияға ие болмайтын, тіркелу күштерімен байланысқан, идеал газ үшін, ішкі энергия формула бойынша тек температурамен анықталады:
U = f (T)
Газдың ішкі энергиясының абсолют шамасын анықтау мүмкін емес, өйткені энергияға ие болмайтын, дененің күйін көзге елестетуге болмайды.
Алайда бұл жайт маңызды емес, өйткені бізге ішкі энергияның абсолют деңгейі емес, ал тек қана оның өзгеруі керек. Сондықтан ішкі энергияның нөлдік мәнін газдың қай күйіне тіркелетіні бәрі бір. Әдетте бұл мәнді газдың абсолюттік нөл кезіндегі, не болмаса қалыпты физикалық жағдайлар кезіндегі күйіне жатқызуға қабылданған. Температураның бірдей өзгерумен жүзеге асырылатын термодинамикалық үрдістерге, идеал газдың ішкі энергиясы сондай-ақ бірдей өзгереді ( 6.5- сурет).
Р В Т2
С
Т2
а в Д Т2
α
А(t1) Е(t2) υ
6.5- сурет
Онда а, в, с, α үрдістері үшін:
Бұл қағида кез келген үрдіс үшін, соның ішінде тұрақты қысымы және тұрақты көлемі бар үрдістер үшін дұрыс болады.
Тұрақты көлем үрдісінде жұмыс жасалмайтындықтан, онда оның газға берілетін барлық жылуы оның ішкі энергиясын ұлғайтуға барады:
(6.40)
Бұл формула сірә, газ температурасы t1-ден t2-ге дейін өзгеретін, барлық үрдістер үшін жалпы б.т.
Шексіз аз үрдіс үшін мынаған ие боламыз:
(6.41)
Газдың ішкі энергиясының өзгеруі екі жолмен өтуі мүмкін.
Газдың жылу алмасусыз кеңеюі кезінде оның ішкі энергиясы азаяды, өйткені оның бір бөлігі жасалған жұмыс арқылы сыртқы ортаға беріледі.
Газдың жұмысы:
L = РFS (6.42)
F көбейтіндісі соңғы және бастапқы күйлердегі көлемдердің айырымына тең болғандықтан, онда FS бұл сызықтап тасталған тікбұрыштың ауданына сәйкес келеді.
(6.43)
Шексіз аз үрдіс үшін бұл формула мына түрде болады:
dL= PdV (6.44)
Онда АВ ерікті үрдісіндегі газдың жұмысы мына формула бойынша анықталады:
(6.45)
Өйткені бұл үрдісті қарапайым изобаралық үрдістердің шексіз үлкен саны түрінде ұсынуға болады. Газдың жұмысын формула бойынша есептеп шығару қысымдардың көлемдерден тәуелділігін тағайындайтын, Р =f(V) теңдеуі қарастырылып отырған үрдіс үшін белгілі болған жағдайда ғана мүмкін болады.
Р - координаталар жүйесіндегі газдың жұмыс АВ үрдісі қисығының астындағы ауданмен бейнеленеді. Бұл жұмыстың үрдестегі газдың барлық аралық күйлеріне немесе, басқаша, үрдістің сипатына тәуелді болатынын білдіреді. Оның кеңеюі кезінде (dV<0) газбен жасалатын жұмыс оң болады. Сығылу үрдісінде сыртқы ортадан (dV<0) газбен қабылданатын жұмыс теріс болады. 1кг жұмыс денесін өндіретін жұмыстың мөлшерлігін L= PdV теңдеуінен табамыз.
6.6 - сурет
(6.46)
ал бірліктердің техникалық жүйесінде
(6.47)