Термодинамиканың бiрiншi заңы

Изобаралық процесте (р = сопзt) системаның қысымы тұрақты, яғни ешбір өзгеріссіз болуы керек. Мүндай жағдайда соңғы теңдеу мына төмендегідей өрнектеледі

А=p(V2—V1)

яғни изобаралық процестегі газдың ұлғаю жұмысы қысым мен көлем өзгерісінің көбейтіндісіне тең. Жұмыстың көлем өзгерісіне тәуелділігі 6-суретте көрсетілген және ол Ү1\ЕFҮ2 шектелген тік төртбұрыш ауданымен сипатталады. Бір моль газдың улғаюыв қарастырғанда, жалпы газ күйін өрнектейтін рҮ = RТКлапейрон-Менделеев теңдеуіндегі рҮ\ мен рУ2-ні сәйкес RТ1 және RT2мен ауыстырып жазсақ:

А=р(V2-V1)=pV2-pV1=R(T2-T1)

Термодинамиканың бірінші заңына сәйкес

Qp=Up+p(V2-V1)

яғни системаға берілген жылудың бәрі ішкі энергияны көбейтуге жұмсала бермейді екен, оның бір бөлігі ұлғайту жұмысына бөліне-ді

Qp=U2-U1+pU2-pU1=(U2+pU2)-(U1+pU1)

осы өрнекті ықшамды ету үшін, энтальпия деп аталатын белгілі, жаңа термодинамикалық функцияны Н=U+pY  пайдаланып, соңғы теңдеуді былай жазуға болады: Qp=H2-H1=H

яғни изобаралық процестін, жылуы (Qp) энтальпиянын өзгеруіне тең.

Ал тұйықталған процесте, системадағы ішкі энергиянын өзгеруі нөлге тең (U=0), қысым мен көлем өзгерісінің көбейтіндісі де нөлге тең ((рY)=0) болғандықтан, ондағы энтальпияның да өзгеруі нөлге тең (Н=0). Тек система күйіне байланысты болып келетін алгебралық комбинация шамасы күй функциясы деп аталады, олай болса, қарастырылып отырған рҮ көбейтіндісі де күй функциясы екен.

Изотермалық процесте (Т = сопst) системаның температурасы ешбір өзгеріссіз, тұрақты болып, оның көлемі мен қысымы өзгере-ді. Мұнда да тұрақты температура кезіндегі бір моль газдьщ ұл-ғаю жұмысы идеал газдардың теңдеуі Клапейрон — Менделеев теңдеуіне тікелей байланыста қарастырылады.

Осы айтылғандарды қысқаша қорытқанда, изотермалық про-цестегі газдың ұлғаю жұмысы тек көлем мен қысымның кері про-порционалдық жағдайындағы өзгеруіне тәуелді екен және ол жұ-мыс системаға сырттан енгізілген жылу есебінен жүреді. Демек, системаның температурасы неғұрльш төмен болса, жұмыс солғұр-лым аз.

Изохоралық процесте (У=сопst) тек қысым мен температура ғана өзгереді. Бірақ газ күйін сипаттайтын тендеулерде кездесетін көлем мен қысым көбейтіндісі(рҮ) тұрақты, өйткені процесс жағдайына байланысты көлем тұрақты.

Адиабаталық процестегі (Q = 0) газдың үлғаю жүмысы температура мен қысым өзгерген кезде жүреді. Мұнда көлем тұрақты, өзгеріссіз қалады. Газ сырттан, өзге системадан ешбір жылу ал-мағандықтан (Q= 0), адиабаталық процестегі система жүмысы ондағы идеал газдың ішкі энергиясы есебінен жүргізіледі, ал газ-дың өзі салқындайды. Жоғарыда келтірген идеал газ күйін сипат-тайтын теңдеуден (рҮ = RТ) идеал газдың ішкі энергиясы тек тем-ператураға тәуелді екені көрінеді. Осыны негіз етіп алғанда, сис-темадағы ішкі энергиянын өзгерісі U тұрақты көлем кезіндегі жылу сыйымдылығын (Су) температура өзгерісіне (T) көбейт-кенге тең. Сондықтан да адиабаталық процестегі газдың ұлғаюы кезінде температура төмендеп, система салқындайды. Мұндағы жұмысты жылу сыйымдылығы мен температура өзгерісі арқылы өрнектесек:

А = СV(Т1-Т2) 

мұндағы Сү—тұрақты көлем кезіндегі газдың жылу сыйымдылы-ғы. Жылу сыйымдылығы (С)— заттың бірлік массасын 1 К-ге қыз-дыруға кеткен жылу мөлшері (өлшемі Дж/моль К)).Жылу сыйым-дылығы меншікті және молярлі деп бөлінеді.

Қыздыру не суыту жагдайына қарай жылу сыйымдылығы тұрақты көлемдегі (Су), тұрақты қысымдағы (Ср) деп қарастыры-лады.

Енді термодинамика бірінші заңының биологиялық процестерді зерттеудегі маңызын қарастырайық. Термодинамиканың бірінші заңы табиғаттағы әмбебап заңдардың бірі, өйткені ол тірі организмдер үшін де қолданылады. Тірі организмдегі әрбір процесс энергияның қатысуымен жүреді. Мысалы, салмағы 80 кг кісі тыныштык жағдайында, яғни ешбір физикалық жұмыс істемегенде тәулігіне өзін қоршаған ортаға 1200 ккал шамасындағы жылу таратады екен. Организм дүрыс жұмыс атқару үшін онда зат алмасу процесі жүру керек. Бұған да энергия қажет.

Қез келген тағамның анық химиялық құрамын, дәл формуласын көрсету мүмкін емес. Әйтсе де, олардың организмде тотығуы нәтижесіндегі жылу арқылы, яғни термодинамиканың бірінші заңына құрамдас болып енетін термохимия немесе Гесс заңын пай-даланып, әлгі тағамдардың калориясын есептеуге, анықтауға бо-лады. Алайда, мұндай есептеулер организмде болатын құбылыс жайлы толық және нақтылы дерек бермейді, өйткені тағамдар организмде тотыққанда, кәдімгі химиялық реакция кезіндегідей толык жанып, көмір қышқыл газы, су және азот бере бермейді, Организмдегі тағам көбіне жартылай ыдырап, басқа күрделі орга-никалық қосылыстар түзеді.