კაპილარული მოვლენები

1. დასველებისა და არადასველების მოვლენა.

ა) სითხეს, რომელიც მყარი სხეულის ზედაპირზე თხელ აპკად იშლება, მოცემული მყარი სხეულის დასველებადი ეწოდება.

ბ) სითხეს, რომელიც მყარი სხეულის ზედაპირზე არ იშლება, არამედ წვეთად იკვრება, მოცემული მყარი სხეულის არადასველებადი ეწოდება.

დასველებადობის ზომად გამოიყენება q კუთხე დასველებად ზედაპირსა და სითხის ზედაპირის მხებს შორის. ამ კუთხეს დასველების კუთხე ეწოდება.

2. თანაფარდობა ,  და  შორის.

წონასწორობის დამყარებისას სხეულების (თხევადი, მყარი და აირადი) საზღვრებზე საზღვრის თითოეული ელემენტზე მათ შორის იმოქმედებს სამი ძალა: - სითხესა და გაზს შორის,  - მყარ სხეულსა და სითხეს შორის და  - მყარ სხეულსა და აირს შორის.

სითხის გაშლა მოხდება, თუ (პროექციებში) ? F_სმ+F_სგcosθ.

წინასწორობის პირობიდან: = F_სმ+F_სგcosθ. აქედან cosθ=

თუ F_სმ < F_მგ, то соsθ>0, სითხე დასველებადია.  

თუ F_სმ > F_მგ, то соsθ<0, სითხე არადასველებადია.

თუ F_მგ-F_სმ> F_სმ, წონასწორობა არ სრულდება. ასეთი მდგომარეობა ნიშნავს, რომ სითხე სრულად ასველებს მყარ სხეულს, მიჯნავს რა მის ზედაპირს გაზისგან.

3. სითხის ქცევა ჭურჭლის კედელთან

ა) სითხე არის ჭურჭელში, რომლის კედლებიც სველდება. სითხე კედელზე ადის ზევით, რადგან სითხის მოლეკულების ურთიერთქმედების ძალები კედელთან მეტია თვით სითხის მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედების ძალებზე.

ბ) ჭურჭლის კედლები არადასველებადია. სითხის მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედების ძალები მეტია სითხის მოლეკულების კედელთან ურთიერთქმედების ძალებზე.

სითხის გამრუდებულ ზედაპირს მყარ სხეულთან მისი შეხების საზღვართან ახლოს მენისკს უწოდებენ.

4. წნევა გამრუდებულ ზედაპირს ქვეშ.

- გამრუდებულ ზედაპირს ქვეშ ჭარბი წნევა, გამოწვეული ზედაპირული დაჭიმულობით. თუ ზედაპირი ამოზნექილია - წნევა იზრდება, თუ ჩაზნექილია - მცირდება.

5. კაპილარული მოვლენები

კაპილარები - წვრილი მილაკები, ძარღვები. კაპილარული მოვლენები - კაპილარებში სითხის აწევა ან დაწევა.

- კაპილარში სითხის ბოძის სიმაღლე ან არადასველებადი სითხის დონეებს შორის სხვაობა კაპილარსა და ჭურჭელში.

ორთქლწარმოქმნა - სითხის ორთქლად ქცევის პროცესი.

კონდენსაცია - ორთქლის სითხედ ქცევის პროცესი.

აორთქლება - სითხის ან მყარი სხეულის ზედაპირიდან ორთქლად ქცევის პროცესი. ხდება იმ ნაწილაკების (მოლეკულების, ატომების) ამოფრენა, რომელთა კინეტიკური ენერგია აჭარმებს მათ ნივთიერების სხვა ნაწილაკებთან ურთიერთქმედების პოტენციურ ენერგიას. აორთქლების სიჩქარე დამოკიდებულია:

1. სითხის ზედაპირის ფართობზე.
2. ტემპერატურაზე (იზრდება), თუმცა მიმდინარეობს ნებისმიერ ტემპერატურაზე და არ საჭიროებს სითბოს მუდმივ მოდინებას. სითხის ტემპერატურა მცირდება.
3. სითხის ან გაზის ზედაპირზე მოლეკულების მოძრაობაზე,
4. ნივთიერების სახეობაზე.

აირად მდგომარეობაში ნივთიერებას, რომელიც დინამიურ წონასწორობაშია თავის სითხესთან, ეწოდება გაჯერებული ორთქლი. დინამიური წონასწორობა მდგომარეობს იმაში, რომ აორთქლებისა და კონდენსაციის პროცესები გაწონასწორებულია. გაჯერებული ორთქლის წნევა ტემპერატურაზე დამოკიდებულებით (მრუდი  а) იზრდება უფრო ჩქარა, ვიდრე იდეალური გაზისა (გრაფიკი b), რადგან ტემპერატურის ზრდით იზრდება კონცენტრაცია, ხოლო p=nkT.

გაჯერებული ორთქლის ძირითადი თვისება - მუდმივი ტემპერატურის დროს ორთქლის წნევა არ არის დამოკიდებული მოცულობაზე (იხ. იზოთერმა). უბანი შეესაბამება გაჯერებულ ორთქლს.

დუღილი - სითხის მთელ მოცულობაში აქტიური ორთქლწარმოქმნის პროცესი. თანდევს სითხის შიგნით ორთქლის ბუშტების წარმოქმნა და ზრდა. ბუშტები ორთქლწარმოქმნის ცენტრების (მინარევები) მახლობლობაში წარმოიქმნება.

დუღილი მიმდინარებს:

1. მთელ მოცულობაში,

2. მუდმივ ტემპერატურაზე (დუღილის ტემპერატურა). ამიტომ საჭიროებს სითბოს მუდმივ მოდინებას.

დუღილის ტემპერატურას განსაზღვრავს

1. სითხის თვისებები.

2. გარე პირობები (წნევა).

ბუშტების ზრდის პირობები: p_{ორთქლი}>p_ატმ+rgh - შესაბამისად, ატმოსფერული წნევის დაწევა იწვევს დუღილის ტემპერატურის დაწევას.

ბუშტის ამოსვლის პირობა: F_არქ > mg.

ჰაერის ტენიანობა - სიდიდე, რომელიც ახასიათებს ჰაერში წყლის ორთქლის შემცველობას.

აბსოლუტური ტენიანობა ზომავენ ჰაერში წყლის ორთქლის სიმკვრივით (r, ,) ან მისი პარციალური წნევით p (პა).

ფარდობითი ტენიანობა აჩვენებს, მოცემულ ტემპერატურაზე ჰაერის გაჯერებისთვის აუვილებელის რა პროცენტს შეადგენს აბსოლუტური ტენიანობა:.

ტემპერატურას, რომლის დროსაც აირი გაციების პროცესში ხდება გაჯერებული თხევადი ორთქლი, ნამის წერტილი ეწოდება (იხ. ნახ.).

ტენიანობის საზომი ხელსაწყოები: თმის ჰიგრომეტრი,

სითხის (კონდენსაციური) ჰიგრომეტრი,

პსიქომეტრული ჰიგრომეტრი (პსიქომეტრი).

სითბური ძრავები

მანქანებს, რომლებიც , შინაგან ენერგიას გარდაქმნიან მექანიკურ მუშაობად, ეწოდება სითბური ძრავები

გამოგონებათა ქრონოლოგია:

1690 - დ.პაპენის ორთქლატმოსფერული მანქანა (საფრანგეთი) - თეორიულად

1698 -  ტ.სევერის ორთქლატმოსფერული მანქანა (ინგლისი)

1705 -  ტ.ნიუკომენის ორთქლატმოსფერული მანქანა (ინგლისი)

1774 - დ.უატის ორთქლის მანქანა (ინგლისი)

1860 - ლენუარის შიგაწვის ძრავა (საფრანგეთი)

1865 - ნ.ოტოს შიგაწვის ძრავა (გერმანია)

1871 - კ.ლინდეს მაცივარი (გერმანია)

1887 - კ.ლავალის ორთქლის მანქანა (შვეცია)

1897 - რ.დიზელის შიგაწვის ძრავა (გერმანია)

წრიული (ციკლური) პროცესი - თუ ცვლილებების შედეგად სისტემა დაუბრუნდა საწყის მდგომარეობას, ამბობენ, რომ მან შეასრულა წრიული პროცესი ან ციკლი.

А_1а2>А_1б2 - მოდულით (ფართობების შედარებით).

А_1а2>0

А_1б2<0

ციკლურ პროცესში ჯამური მუშაობა რიცხობრივად  პროცესის მრუდით მოჭიმული ფართობის ტოლია.

თერმოდინამიკის მეორე კანონიდან: არცერთ სითბურ ძრავას არ შეიძლება ჰქონდეს მქკ ერთის ტოლი (100%). 

, სადაც А - ერთ ციკლში ძრავის მუშაობაა, Q - ციკლის განმავლობაში ძრავის მიერ მიღებული სითბოს რაოდენობა.

სითბური ძრავის მუშაობის პრინციპი:

Q = A' + ΔU - სითბოს რაოდენობა, რომელიც სისტემას გადაეცა  იხარჯება ამ სისტემის მიერ მექანიკური მუშაობის შესრულებაზე და მისი შინაგანი ენერგიის გაზრდაზე (ანუ სისტემამ უნდა გადასცეს სითბო გარემოს) - თერმოდინამიკის პირველი კანონი.

Q = A' + ΔU

გამაცხელებელი გადასცემს სითბოს მუშა სხეულს Т₁ ტემპერატურის დროს.

მუსა სხეული ასრულებს სასარგებლო მექანიკურ მუშაობას A'.

მაცივარი (გამაგრილებელი) იღებს ნაწილ სითბოს, ასრულებს რა ციკლურ პროცესს.

A' = Q₁ - Q₂

სითბური ძრავის მარგი ქმედების კოეფიციენტი:

რეალური ძრავების მქკ:

ტურბორეაქტიული - 20 -30%; კარბურატორული - 25 -30%, დიზელის - 35-45%.

0 - 1 - საწვავი ნარევის შეშვება (იზობარა)

1 - 2 - შეკუმშვა(ადიაბატა)

2 - საწვავი ნარევის ანთება

2 -3 -წნევის მყისი ზრდა (იზოქორა)

3 -4 - მუშა სვლა (ადიაბატა)

4 - 0 - გამოშვება

იდეალური სითბური მანქანა - კარნოს მანქანა (სადი კარნო, საფრანგეთი, 1815).

მანქან მუშაობს იდეალურ გაზზე.

1 - 2 - გამაცხელებელთა სითბური კონტაქტისას გაზი ფართოვდება იზოთერმულად.

2 - 3 - ჯერ ფართოვდება ადიაბატურად.

მაცივართან კონტაქტის შემდეგ:

3 - 4 - იზოთერმული შეკუმშვა;

4 - 1 - ადიაბატური შე.კუმშვა

იდეალური მანქანის მქკ:

η არის მხოლოდ ორი ტემპერატურის ფუნქცია, არ არის დამოკიდებული მანქანის მოწყობილობასა და საწვავის სახეობაზე.

კარნოს თეორემა: რეალური სითბური მანქანის მქკ არ შეიძლება იყოს იგივე ტემპერატურულ ინტერვალში მომუშავე იდეალური სითბური მანქანის მქკ-ზე მეტი.

კარნოს ციკლი შექცევადია. მანქანას, რომელიც შექცევადი ციკლით მუშაობს ეწოდება მაცივარი მანქანა.

თერმოდინამიკის მეორე კანონი.

სითბური პროცესების შეუქცევადობა.

ენერგიის შენახვის კანონი ამტკიცებს, რომ ენერგიის რაოდენობა ნებისმიერი პროცესებისას უცვლელი რჩება.

ენერგიის შენახვის კანონი არ კრძალავს, პროცესებს, რომლებიც ცდაში არ ხორციელდება:

-  შედარებით თბილი სხეულის შედარებით ცივი სხეულით გათბობა;

- ქანქარის თავისთავადი (სპონტანური) გაქანება წონასწორობის მდგომარეობიდან;

- ქვიშის ქვად შეგროვება და ა.შ.

ბუნებაში პროცესებს აქვთ გარკვეული მიმართულება. უკუ მიმართულებით სპონტანურად ისინი ვერ მიმდინარეობენ. ბუნებაში ყველა პროცესი შეუქცევადია (ორგანიზმის დაბერება და სიკვდილი).

შეუქცევად პროცესად შეიძლება იწოდოს ისეთი პროცესი, რომლის შებრუნებულიც შეიძლება მიმდინარეობდეს როგორც უფრო რთული პროცესის ერთ-ერთი რგოლი. სპონტანურს უწოდებენ ისეთ პროცესებს, რომლებიც გარეშე სხეულების ზემოქმედების გარეშე მიმდინარეობენ, ანუ, ამ სხეულებში ცვლილებების გარეშე.

სისტემის ერთი მდგომარეობიდან მეორეში გადასვლის პროცესებს, რომელთა უკუ მიმართულებით განხორციელება შეიძლება შუალედი წონასწორული მდგომარეობების იგივე თანმიმდევრობით, შექცევადები ეწოდება. ამასთან თვით სისტემა და გარემომცველი სხეულები სრულიად უბრუნდებიან საწყის მდგომარეობას.

თერმოდინამიკის კანონი მიუთითებს შესაძლებელი ენერგეტიკული გარდაქმნების მიმართულებას და ამით გამოხატავს ბუნებაში პროცესების შეუქცევადობას. ის დადგენილია ცდისეული ფაქტების უშუალო განზოგადებით.

რ. კლაუზიუსის ფორმულირება: შეუძლებელია სითბოს გადატანა უფრო ცივი სისტემიდან უფრო ცხელ სისტემაში ორივე სისტემაში ან გარემომცველ სხეულებში ერთდროული ცვლილებების გარეშე.

უ. კელვინის ფორმულირებაუძლებელია ისეთი პერიოდუ: შეძლებელია ისეთი პერიოდული პროცესის განხორციელება, რომლის ერთადერთი შედეგი იქნებოდა ერთი წყაროდან მიღებული სითბოს ხარჯზე მუშაობის მიღება.

შეუძლებელია მეორე ტიპის სითბური მუდმივი ძრავა, ანუ ძრავა, რომელიც ასრულებს მექანიკურ მუშაობას რაიმე ერთი სხეულის გაციების ხარჯზე.

პროცესების შეუქცევადობის ახსნას ბუნებაში აქვს სტატისტიკური (ალბათური) ინტერპრეტაცია.

სუფთად მექანიკური პროცესები (ხახუნის გათვალისწინების გარეშე) შექცევადებია, ანუ ინვარიანტულებია (არ იცვლება) t→ -t ცვლილებით. ყოველი ცალკეულად აღებული მოლეკულის მოძრაობის განტოლება ასევე ინვარიანტულები არიან დროის გარდაქმნისადმი, რადგან შეიცავენ მხოლოდ მანძილზე დამოკიდებულ ძალებს. ეს ნიშნავს, რომ ბუნებაში პროცესების შეუქცევადობის მიზეზი არის ის, რომ მაკროსკოპული სხეულები შეიცავენ მოლეკულების ძალიან დიდ რაოდენობას.

მაკროსკოპული მდგომარეობა ხასიათდება რამდენიმე თერმოდინამიკული პარამეტრით (წნევა, მოცულობა, ტემპერატურა და ა.შ.). მიკროსკოპული მდგომარეობა ხასიათდება სისტემის შემადგენელი ყველა ნაწილაკის კოორდინატებისა და სიჩქარეების (იმპულსების) მოცემით. ერთი მაკროსკოპული მდგომარეობა შეიძლება რეალიზდეს მიკრომდგომარეობების უზარმაზარი რიცხვით.

ავღნიშნოთ: N- სისტემის მდგომარეობათა სრული რიცხვი, N₁ - მიკრომდგომარეობათა რიცხვი, რომლებიც მოცემულ მდგომარეობის რეალიზებას ახდენენ, w - მოცემული მდგომარეობის ალბათობა.

მაშინ : .

რაც მეტია N₁, მით მეტია მოცემული მდგომარეობის ალბათობა, ანუ მით მეტ ხანს იქნება სისტემა ამ მდგომარეობაში. სისტემის ევოლუცია მიმდინარეობს ნაკლებალბათურიდან მეტად ალბათური მდგომარეობებისკენ. რადგან მექანიკური მოძრაობა მოწესრიგებული მოძრაობაა, ხოლო სითბური - ქაოტური, ამიტომ მექანიკური ენერგია გადადის სითბურში. სითბოცვლისას მდგომარეობა, რომელშიც ერთ სხეულს აქვს უფრო მაღალი ტემპერატურა (მოლეკულებს აქვთ უფრო მაღალი საშუალო კინეტიკური ენერგია), ნაკლებ ალბათურია, ვიდრე მდგომარეობა, რომელშიც ტემპერატურები თანაბარია. ამიტომ სითბოცვლის პროცესი მიმდინარეობს ტემპერატურების გათანაბრების მიმართულებით.

ენტროპია - უწესრიგობის ზომაა. S - ენტროპია.

ბოლცმანის განტოლება: 

სადაც k - ბოლცმანის მუდმივაა. ეს განტოლება ხსნის თერმოდინამიკის კანონების სტატისტიკურ არსს. ყველა შეუქცევად პროცესში ენტროპიის სიდიდე იზრდება. ამ თვალსაზრისით სიცოცხლე მუდმივი ბრძოლაა ენტროპიის შესამცირებლად. 

ენტროპია სისტემის მდგომარეობის ფუნქციაა. თერმოდინამიკაში ეს სიდიდე განისაზღვრება თანაფარდობით: ,

სადაც S- ენტროპიაა. ანუ ენტროპიის ცვლილება ტოლია იმ პროცესში გადაცემული სითბოს რაოდენობის ფარდობისა იმ ტემპერატურასთან, რომელზეც მიმდინარეობს პროცესი.

ამ გაგებით ადიაბატური პროცესი არის იზოენტროპიული პროცესი.

თერმოდინამიკის პირველი კანონიდან:

 - თერმოდინამიკის ძირითადი განტოლეწბა.

კარნოს თეორემიდან გამოდის: .

შესაბამისად:  ანუ