Termodinamikanın qanunları
Termodinamika – istilik hadisələri haqqında elmdir. Bu hadisələrdə cismin molekulyar quruluşu nəzərə alınır və onlar termometr, manometr və başqa cihazlarla qeydə alınır. Bu cihazlar ayrı-ayrı molekulların təsirini qeydə almır. Termodinamikanın qazları cismlərin istilik xassələrini, son dərəcə böyük sayda molekullar təsir edir. Belə cismlər makrosistemlər adlanır. (Məs., balonda qaz, stəkanda su, polad ərintisi və s.) Makrosistemlərin istilik xassələri termodinamik parametrlərlə (hal göstəriciləri – istiliklə, təzyiqlə, xüsusi çəki ilə) müəyyən edilir. Bu parametrlər bəzən sistemin funksiyası adlanır. İstilik – makroskopik sistemin termodinamik tarazlıq halını xarakterizə edən fiziki kəmiyyətdir.
19-cu əsrin sonlarında molekulyar-kinetik nəzəriyyə, yaxud statistik mexanika yaradıldı. Molekulyar-kinetik nəzəriyyə böyük sayda atom və molekulların xassələrini təsvir edir. Molekulyar fizikanın öyrəndiyi proseslər böyük sayda molekulların birlikdə hərəkətinin nəticəsi olub, statistik metodla analiz edilir. Bu metod isə makrosistemin xassələrinin son nəticədə hissəciklərin hərəkətinin xüsusiyyətləri və onların kinetik və dinamik göstəriciləri (sürəti, enerjisi, təzyiqi və s.) ilə müəyyən edilməsinə əsaslanır. Məsələn, cismin temperaturu onun molekullarının nizamsız hərəkətindən asılıdır. Lakin ayrı-ayrı molekulların hərəkət sürəti zamanın müxtəlif anlarında fərqləndiyindən molekulların yalnız orta hərəkət sürətinin kəmiyyəti götürülür, ayrıca bir molekulun temperaturundan danışmaq yersizdir. Çünki o yoxdur. Molekulyar kinetikanın əsas müddəaları:
1). Hər hansı bir cism (bərk,maye, yaxud qaz) son dərəcə böyük sayda hissəciklərdən (molekullardan) ibarətdir.
2). Hər bir maddənin molekulları nizamsız, xaotik, hər hansı istiqaməti olmayan hərəkətdədirlər.
3). Molekulların hərəkət istiqaməti ilə müəyyən olunan hərkət intensivliyi maddənin temperaturundan asılıdır.
Maddənin istilik xassələri isə onun daxili hal və quruluşundan asılıdır. Məsələn, dəmir parçasını 1500°C-də qızdırdıqda o, mayeyə çevrilir, ancaq bundan aşağı temperaturda onun halı dəyişmir. Bu dəmirin fiziki-kimyəvi xassələri ilə bağlıdır.
Termodinamikanın birinci qanunu: Bəllidir ki, enerjinin çevrilməsi prosesi mexaniki enerjinin saxlanması qanununa tabedir. İstilik hərəkəti də mexaniki hərəkətdir, deməli, həmin qanun üzrə baş verir. Ancaq bu hərəkət istiqamətlənmiş deyil, xaotik hərəkətdir.
∆Q=∆U+∆A
∆Q - İstilik miqdarı (cismə kənardan verilən istilik miqdarı)
∆U - Cismin daxili enerjisinin artmasını, yüksəlməsini bildirir;
∆A - Enerjinin sərf olunduğu işi bildirir.
Bu qanundan çıxan mühüm nəticə: heç nədən, xarici enerji qaynağı olmadan iş görə bilən əbədi, daimi mühərrik (perpedium mobile) yoxdur. Xarici qaynaq olduqda alınan enerjinin bir hissəsi istilik enerjisinə, molekulların nizamsız hərəkətinə çevrilir ki, bu da xarici qaynaqlardan cismə verilən enerjinin bütünlüklə faydalı işə çevirə bilmədiyinin səbəbidir. Təcrübələrlə sübut etmişlər ki, mexaniki hərəkətdən başqa bütün istilik prosesləri geridönməzdir. Dönməz proseslər üçün entropiyanın (endo – daxili, dopiya – istilik) yüksəlməsi sistemin az ehtimallı tarazlıq halından çox ehtimallı tarazlıq halına keçməsinin nəticəsidir.
Termodinamikanın ikinci qanunu: Bu qanun sistemin entropiyasının yüksəlməsi qanunu kimi formula edilir. Mahiyyəti budur ki, qapalı sistemdə baş verən bütün istilik prosesləri üçün entropiyanın artması zəruridir; qapalı sistemin entropiyasının mümkün maksimum qiyməti (kəmiyyəti) istilik tarazlığında əldə olunur:
∆S≥0
Termodinamikanın II qanununun kəşfi fransız alimi S.Karlo (1796-1832), ingilis fiziki U.Tomson və R.Klauzisin işləridir. Bu kəşf 19-cu əsrin 50-ci illərində baş vermişdir. Qeyri-taraz proseslərin termodinamikasının banilərindən biri Belçika alimi İ.R.Priqojin (1917-2003) özünün mühazirələrindən birində (1977-ci ildə) demişdir: Elm tarixində termodinamikanın II qanunu izah etməli olduğu hadisələr çərçivəsindən kənara çıxaraq elmdə görkəmli rol oynadı. Onu demək yetər ki, Blosmanın kinetik nəzəriyyə sahəsindəki işləri, M.Plankın şüalanmanın kvant nəzəriyyəsi və A.Enşteynin spontan emissiya nəzəriyyəsinin əsasında termodinamikanın II qanunu durur. Taraz sistemin entropiyası temperaturun mütləq “0”-a yaxınlaşması ilə “0”-a can atır. Bu, “istilik teoremi” adlanır. (Bu teoremi alman fiziki V.Q.Nernst işləyib hazırlamışdır). Nernst teoremi termodinamikanın I və II qanunlarından irəli gəlmir. Ümumiliyinə görə bu qanun termodinamikanın üçüncü qanunu kimi qəbul edilmişdir. Nernst teoremi ilə klassik termodinamikanın yaradılması işi başa çatdırılmış oldu. Hazırda fiziklər qeyri-taraz sistemlər termodinamikası üzərində işləyirlər. Termodinamikada bu yeni sayılır. Lakin klassik termodinamika və onun prinsipləri praktiki tətbiq sahələrini itirməmiş və qeyri-taraz termodinamika ilə yanaşı öyrənilir.