تدریس فیزیک فصل ترمودینامیک از فیزیک دهم دبیرستان ، ترمودینامیک تقریبا در ادامه ی فصل های فشار و گرما هست. در ترمودینامیک اول مبانی ترمودینامیک و مختصات ترمودینامیکی رو بررسی می کنیم . بعد میریم سراغ قانون اول ترمودینامیک و در ادامه بخشی از قانون دوم ترمودینامیک رو می خونیم.
فصل ترمودینامیک:
در بخش اول مختصات ترمودینامیکی رو بررسی می کنیم. مختصات ترمودینامیکی شامل فشار ، حجم و دماستو رابطه ی بین این مختصات ترمودینامیکی معادله حالت نامیده میشه. ما فقط گاز کامل رو بررسی می کنیم. گاز کامل گازی هست که در اون از برهم کنش بین ذرات صرفنظر میشه. یعنی گاز رقیق شده ای که برخورد بین ذرات در اون به حداقل میرسه.
در گاز کامل محاسبه گرما و کار و انرژی رو باید یاد بگیریم.
قانون اول ترمودینامیک می گه مجموع تغییرات کار و گرمای مبادله شده هدر هر سیستم برابر تغییرات انرژی درونی اون سیستم هست. انرژی درونی تابع دماست و با افزایش دما انرژی جنبشی ذرات و در نتیجه انرژی درونی افزایش پیدا می کنه.
فرآیند ها رو به صورت آرمانی در نظر می گیریم یعنی سرعت رو کم می کنیم تا همه چی تحت کنترل ما باشه. اینجوری از کمیت های ترمودینامیکی یه کمیت رو ثابت فرض می کنیم و تغییرات دو کمیت دیگه رو بررسی می کنیم.
فرآیند هم حجم فرآیندی هست که حجم رو ثابت نگه داشتیم پس فشار و دما با هم رابطه مستقیم خواهند داشت . در این فرآیند کار انجام شده صفره و تغییرات گرما برابر تغییرات انرژی درونیه.
فرآیند هم فشار فرآیندی آرمانی است که در اون فشار رو ثابت نگه داشتیم تا حجم و دما برحسب هم بررسی بشن. حجم و دما با هم رابطه مستقیم دارن. با افزایش دما حجم هم افزایش پیدا می کنه.
در فرآِیند هم فشار کار ، گرما و انرژی درونی به صورت جداگانه قابل محاسبه است.
نوع دیگری از فرآیند آرمانی ، فرآیند هم دماست. در فرآیند هم دما سیستم برای ثابت نگه داشتن دمای خود با بیرون مبادله گرمایی انجام میده. ( اضافه گرما رو به محیط بیرون می ده یا کمبود گرما رو دریافت می کنه(. در این فرآیند چون دما ثابته تغییر انرژی درونی سیستم صفره. پس کار انجام شده و گرمای مبادله شده از لحاظ عددی باهم بابرند.
فرآیند بی دررو فرآیندی هست که با بیرون مبادله گرمایی نداره. پس تغییرات گرما صفره یعنی میشه گفت تغییرات کار با تغییرات انرژی درونی برابره. نمودار فرآیند بی درو و هم دما از لحاظ شکل ظاهری شبیه هم هستند. اما شیب نمودار بی دررو از هم دما بیشتر است چون اتلاف گرما نداریم و سرعت فرآیند بیشتره!
مسائل قانون اول ترمودینامیک مسائلی هست که در اون یک چرخه از فرآیند های آرمانی رو بررسی می کنیم. در این نمودارها سطح زیر نمودار هر فرآیند برابر کار انجام شده در اون فرآینده. در یک چرخه کامل تغییر انرژی درونی صفره چون سیستم به حالت اولیه برگشته و سطح داخل چرخه برابر کل کار انجام شده است . اگه چرخه ساعتگرد باشه کار منفیه!
قانون دونم ترمودینامیک رو میشه گفت یه جورایی اصل بقا انرژی هست. دو تا بیان هست ماشین گرمایی و یخچال!
هیچ ماشین گرمایی نمی تونه تمام گرمای دریافتی رو به کار تبدیل کنه بدون اینکه مقداری ار اون رو هدر بده.
هیچ یخچالی نمی تونه بدون دریافت انرژی یا کار ، گرما رو از منبع گرم به سرد منتقل کنه.
ماشین گرمایی و یخچال رو به دو مرحله انبساط و انقباض تقسیم می کنیم و هر قسمت خود به دو فرآیند آرمانی تقسیم میشه تا بتونیم حداکثر راندمان یا ضریب عملکرد رو داشته باشیم.
اگه در ماشین گرمایی یا یخچال به جای آب از گاز کامل استفاده کنیم ماشین کارنو بوجود میاد که به جای کار بین دو منبع گرمایی، بین دو منبع دمایی کار می کنه و بازده اون حداکثره.
مسائل مشاین گرمایی و یخچال خیلی ساده و کم محاسبه است. فقط حواستون باشه یخچال ماشین گرمایی هست که در جهت عکس کار می کنه. همیشه بازده این دو بر اساس مفید به کل محاسبه میشه و بهتره بر اساس دما بتونیم محاسبات رو پیش ببریم.
بخش ترمودینامیک مربوط به بچه های رشته ی ریاضیه و خیل آسون. سوالاتتون رو از من بپرسید( پایین صفحه) . به سایت یه مشاور هم یه سر بزنید تا مشاوره بشین!!!
