Kwa muda mrefu, wanafizikia na wawakilishi wa sayansi nyingine walikuwa na njia ya kueleza wanachokiona wakati wa majaribio yao. Ukosefu wa maelewano na kuwepo kwa idadi kubwa ya maneno yaliyochukuliwa "nje ya bluu" ilisababisha kuchanganyikiwa na kutokuelewana kati ya wenzake. Baada ya muda, kila tawi la fizikia lilipata ufafanuzi wake uliowekwa na vitengo vya kipimo. Hivi ndivyo vigezo vya thermodynamics vilionekana, vikielezea mabadiliko mengi ya mfumo mkuu.
Ufafanuzi
Vigezo vya serikali, au vigezo vya halijoto, ni idadi ya kiasi halisi ambacho kwa pamoja na kila kivyake kinaweza kubainisha mfumo unaoangaliwa. Hizi ni pamoja na dhana kama vile:
- joto na shinikizo;
- mkusanyiko, induction ya sumaku;
- entropy;
- enthalpy;
- Gibbs na Helmholtz nishati na nyingine nyingi.
Chagua vigezo vikubwa na vya kina. Kina ni wale ambao hutegemea moja kwa moja kwa wingi wa mfumo wa thermodynamic, nakubwa - ambayo imedhamiriwa na vigezo vingine. Sio vigezo vyote vinavyojitegemea kwa usawa, kwa hiyo, ili kuhesabu hali ya usawa wa mfumo, ni muhimu kuamua vigezo kadhaa mara moja.
Aidha, kuna baadhi ya kutofautiana kwa istilahi miongoni mwa wanafizikia. Tabia sawa ya kimwili inaweza kuitwa na waandishi tofauti ama mchakato, au kuratibu, au kiasi, au parameter, au hata mali tu. Yote inategemea maudhui ambayo mwanasayansi hutumia. Lakini katika baadhi ya matukio, kuna mapendekezo sanifu ambayo watayarishaji wa hati, vitabu vya kiada au maagizo lazima wayafuate.
Ainisho
Kuna uainishaji kadhaa wa vigezo vya halijoto. Kwa hivyo, kwa kuzingatia aya ya kwanza, tayari inajulikana kuwa idadi yote inaweza kugawanywa katika:
- kina (kiongeza) - vitu kama hivyo vinatii sheria ya kuongeza, yaani, thamani yao inategemea idadi ya viungo;
- kali - hazitegemei ni kiasi gani cha dutu hii kilichukuliwa kwa mwitikio, kwa kuwa zimepangwa wakati wa mwingiliano.
Kulingana na hali ambayo dutu zinazounda mfumo ziko, idadi inaweza kugawanywa katika zile zinazoelezea athari za awamu na athari za kemikali. Kwa kuongeza, mali ya reactants lazima izingatiwe. Wanaweza kuwa:
- thermomechanical;
- thermophysical;
- thermochemical.
Mbali na hili, mfumo wowote wa halijoto hufanya kazi fulani, kwa hivyo vigezo vinawezabainisha kazi au joto linalozalishwa kama matokeo ya mmenyuko, na pia kuruhusu wewe kukokotoa nishati inayohitajika ili kuhamisha wingi wa chembe.
Vigezo vya Jimbo
Hali ya mfumo wowote, ikiwa ni pamoja na thermodynamic, inaweza kubainishwa kwa mchanganyiko wa sifa au sifa zake. Vigezo vyote ambavyo huamuliwa kabisa kwa wakati fulani tu kwa wakati na hazitegemei jinsi mfumo ulivyofika katika hali hii huitwa vigezo vya hali ya thermodynamic (vigezo) au kazi za serikali.
Mfumo unachukuliwa kuwa tulivu ikiwa vitendakazi badilifu havibadiliki baada ya muda. Toleo moja la hali ya utulivu ni usawa wa thermodynamic. Yoyote, hata mabadiliko madogo zaidi katika mfumo, tayari ni mchakato, na inaweza kuwa na kutoka kwa moja hadi vigezo kadhaa vya hali ya thermodynamic. Mlolongo ambao hali za mfumo hubadilika kila mara hadi nyingine inaitwa "njia ya mchakato".
Kwa bahati mbaya, bado kuna mkanganyiko na masharti, kwa kuwa kigezo sawa kinaweza kuwa huru na matokeo ya kuongeza vitendaji kadhaa vya mfumo. Kwa hivyo, maneno kama vile "tendakazi ya serikali", "kigezo cha hali", "kigeu cha hali" kinaweza kuchukuliwa kuwa visawe.
Joto
Moja ya vigezo huru vya hali ya mfumo wa halijoto ni halijoto. Ni thamani inayobainisha kiasi cha nishati ya kinetiki kwa kila kitengo cha chembe ndanimfumo wa thermodynamic katika usawa.
Ikiwa tunakaribia ufafanuzi wa dhana kutoka kwa mtazamo wa thermodynamics, basi halijoto ni thamani inayowiana kinyume na mabadiliko ya entropy baada ya kuongeza joto (nishati) kwenye mfumo. Wakati mfumo uko katika usawa, thamani ya joto ni sawa kwa "washiriki" wake wote. Ikiwa kuna tofauti ya halijoto, basi nishati hiyo hutolewa na mwili wenye joto zaidi na kufyonzwa na baridi zaidi.
Kuna mifumo ya thermodynamic ambapo nishati inapoongezwa, matatizo (entropy) hayaongezeki, bali hupungua. Kwa kuongeza, ikiwa mfumo huo unaingiliana na mwili ambao joto lake ni kubwa zaidi kuliko yake, basi itatoa nishati yake ya kinetic kwa mwili huu, na si kinyume chake (kulingana na sheria za thermodynamics).
Shinikizo
Shinikizo ni kiasi kinachobainisha nguvu inayofanya kazi kwenye mwili, iliyo sawa na uso wake. Ili kuhesabu parameta hii, ni muhimu kugawanya kiasi chote cha nguvu na eneo la kitu. Vitengo vya nguvu hii vitakuwa paskali.
Katika kesi ya vigezo vya thermodynamic, gesi inachukua kiasi kizima kinachopatikana kwa hiyo, na, kwa kuongeza, molekuli zinazoiunda husogea kila wakati na kugongana na kila mmoja na kwa chombo ambamo ziko.. Ni athari hizi ambazo huamua shinikizo la dutu kwenye kuta za chombo au kwenye mwili unaowekwa kwenye gesi. Lazimisha kueneza kwa usawa katika pande zote kwa usahihi kwa sababu ya kutotabirikaharakati za Masi. Ili kuongeza shinikizo, lazima uongeze halijoto ya mfumo, na kinyume chake.
Nishati ya ndani
Vigezo vikuu vya halijoto vinavyotegemea uzito wa mfumo ni pamoja na nishati ya ndani. Inajumuisha nishati ya kinetiki kutokana na msogeo wa molekuli za dutu fulani, na pia nishati inayoweza kutokea ambayo hutokea molekuli zinapoingiliana.
Kigezo hiki kina utata. Hiyo ni, thamani ya nishati ya ndani ni thabiti wakati wowote mfumo uko katika hali inayotakiwa, bila kujali ni njia gani (hali) ilifikiwa.
Haiwezekani kubadilisha nishati ya ndani. Ni jumla ya joto iliyotolewa na mfumo na kazi ambayo inazalisha. Kwa baadhi ya michakato, vigezo vingine huzingatiwa, kama vile halijoto, entropi, shinikizo, uwezo na idadi ya molekuli.
Entropy
Sheria ya pili ya thermodynamics inasema kwamba entropy ya mfumo uliotengwa haipungui. Muundo mwingine unaonyesha kuwa nishati haipiti kamwe kutoka kwa mwili wenye halijoto ya chini hadi kwenye joto kali zaidi. Hii, kwa upande wake, inakataa uwezekano wa kuunda mashine ya mwendo ya kudumu, kwa kuwa haiwezekani kuhamisha nishati zote zinazopatikana kwa mwili kufanya kazi.
Dhana yenyewe ya "entropy" ilianzishwa kutumika katikati ya karne ya 19. Kisha ilionekana kama mabadiliko katika kiasi cha joto kwa joto la mfumo. Lakini ufafanuzi huu unatumika tu kwamichakato ambayo iko katika usawa kila wakati. Kutokana na hili tunaweza kupata hitimisho lifuatalo: ikiwa halijoto ya miili inayounda mfumo inaelekea sifuri, basi entropy pia itakuwa sawa na sifuri.
Entropy kama kigezo cha thermodynamics ya hali ya gesi hutumika kama kiashirio cha kipimo cha unasihi, nasibu ya mwendo wa chembe. Hutumika kubainisha mgawanyo wa molekuli katika eneo na chombo fulani, au kukokotoa nguvu ya sumakuumeme ya mwingiliano kati ya ayoni za dutu fulani.
Enthalpy
Enthalpy ni nishati inayoweza kubadilishwa kuwa joto (au kufanya kazi) kwa shinikizo la mara kwa mara. Huu ndio uwezo wa mfumo ulio katika usawa ikiwa mtafiti anajua kiwango cha entropy, idadi ya molekuli na shinikizo.
Ikiwa kigezo cha thermodynamic cha gesi bora kimeonyeshwa, badala ya enthalpy, maneno "nishati ya mfumo uliopanuliwa" hutumiwa. Ili iwe rahisi kuelezea thamani hii kwetu, tunaweza kufikiria chombo kilichojaa gesi, ambacho kinasisitizwa kwa usawa na pistoni (kwa mfano, injini ya mwako wa ndani). Katika kesi hiyo, enthalpy itakuwa sawa si tu kwa nishati ya ndani ya dutu, lakini pia kwa kazi ambayo lazima ifanyike ili kuleta mfumo katika hali inayohitajika. Kubadilisha kigezo hiki kunategemea tu hali ya awali na ya mwisho ya mfumo, na njia ambayo itapokelewa haijalishi.
Gibbs Energy
Vigezo na michakato ya thermodynamic, kwa sehemu kubwa, huhusishwa na uwezo wa nishati wa dutu zinazounda mfumo. Kwa hivyo, nishati ya Gibbs ni sawa na jumla ya nishati ya kemikali ya mfumo. Inaonyesha mabadiliko gani yatatokea wakati wa athari za kemikali na kama dutu itaingiliana hata kidogo.
Kubadilisha kiasi cha nishati na halijoto ya mfumo wakati wa maitikio huathiri dhana kama vile enthalpy na entropy. Tofauti kati ya vigezo hivi viwili itaitwa Gibbs energy au isobaric-isothermal potential.
Thamani ya chini zaidi ya nishati hii huzingatiwa ikiwa mfumo uko katika usawa, na shinikizo lake, halijoto na kiasi cha maada hubakia bila kubadilika.
Helmholtz Energy
Nishati ya Helmholtz (kulingana na vyanzo vingine - nishati isiyolipishwa tu) ni kiasi kinachowezekana cha nishati ambacho kitapotea na mfumo unapoingiliana na miili ambayo haijajumuishwa ndani yake.
Dhana ya nishati isiyolipishwa ya Helmholtz mara nyingi hutumiwa kubainisha ni kazi gani ya juu zaidi ambayo mfumo unaweza kufanya, yaani, ni kiasi gani cha joto kinachotolewa wakati dutu inabadilika kutoka hali moja hadi nyingine.
Ikiwa mfumo uko katika hali ya msawazo wa thermodynamic (yaani, haufanyi kazi yoyote), basi kiwango cha nishati isiyolipishwa ni cha chini kabisa. Hii inamaanisha kuwa kubadilisha vigezo vingine, kama vile joto,shinikizo, idadi ya chembe pia haitokei.
