478
ResearchBib IF - 11.01, ISSN: 3030-3753, Volume 2 Issue 11
TERMODINAMIKA
Y.K. Sattarov
1
M.K. Abdibokijonova
2
Toshkent Davlat Tibbiyot Universiteti, Toshkent, Oʻzbekiston
Informatika va biofizika kafedrasi, assistenti
1
2-son davolash ishi, I bosqich talabasi
2
https://doi.org/10.5281/zenodo.17629177
Annotatsiya.
Mazkur maqolada
termodinamika
fanining asosiy tushunchalari, qonunlari
va ularning amaliy qo‘llanilish sohalari keng yoritilgan. Termodinamika — moddiy tizimlarning
issiqlik, ish va energiya o‘zgarishlarini o‘rganadigan fizikaning muhim bo‘limi hisoblanadi.
Maqolada
termodinamik tizimlar
,
holat funksiyalari
,
ichki energiya
,
issiqlik sig‘imi
,
entalpiya
va
entropiya
kabi tushunchalar atroflicha tahlil qilinadi.
Shuningdek,
termodinamikaning birinchi va ikkinchi qonunlari
ning fizik ma’nosi,
matematik ifodalanishi hamda ularning
issiqlik mashinalari
(masalan, ichki yonuv dvigateli,
bug‘ dvigateli, sovutkichlar va issiqlik nasoslari)dagi ahamiyati izohlanadi. Maqolada
energiyaning saqlanish qonuni
,
Kelvin–Plank
va
Klausius
formulalari orqali tabiatdagi
jarayonlarning yo‘nalishliligi (irreversibil jarayonlar)ga doir masalalar tahlil qilinadi.
Bundan tashqari, termodinamikaning
kimyoviy jarayonlar
,
biologik tizimlar
va
energiya
samaradorligi
ni oshirishdagi o‘rni ham yoritilgan. Maqolaning asosiy maqsadi —
termodinamikaning nazariy asoslarini chuqur tushuntirish va uning
muhandislik, ekologiya
hamda kundalik hayotdagi
amaliy ahamiyatini ko‘rsatishdir.
Kalit so‘zlar:
termodinamika, issiqlik energiyasi, ichki energiya, entropiya, entalpiya,
termodinamik qonunlar, issiqlik mashinalari, energiyaning saqlanish qonuni, muhandislik,
ekologiya, energiya samaradorligi.
ТЕРМОДИНАМИКА
Аннотация.
В данной статье подробно рассматриваются основные понятия и
законы термодинамики, а также области их практического применения.
Термодинамика — это важный раздел физики, изучающий превращения тепла,
работы и энергии в материальных системах. В статье детально анализируются такие
понятия, как
термодинамические системы
,
функции состояния
,
внутренняя энергия
,
теплоёмкость
,
энтальпия
и
энтропия
.
Кроме того, рассматриваются физический смысл и математическое выражение
первого и второго законов термодинамики
, а также их значение для
тепловых машин
(например, двигателей внутреннего сгорания, паровых машин, холодильников и тепловых
насосов). Анализируются вопросы, связанные с
законом сохранения энергии
,
формулировками
Кельвина–Планка
и
Клаузиуса
, а также направленностью природных
процессов (необратимыми процессами).
Также освещается роль термодинамики в
химических процессах
,
биологических
системах
и
повышении энергоэффективности
. Основная цель статьи — глубоко
раскрыть теоретические основы термодинамики и показать её
практическое значение
в инженерии, экологии и повседневной жизни.
Ключевые слова:
термодинамика, тепловая энергия, внутренняя энергия,
энтропия, энтальпия, законы термодинамики, тепловые машины, закон сохранения
энергии, инженерия, экология, энергоэффективность.
479
ResearchBib IF - 11.01, ISSN: 3030-3753, Volume 2 Issue 11
THERMODYNAMICS
Abstract.
This article provides a detailed overview of the main concepts and laws of
thermodynamics
, as well as their practical applications. Thermodynamics is an important
branch of physics that studies the transformation of heat, work, and energy in material systems.
The paper thoroughly analyzes such concepts as
thermodynamic systems
,
state
functions
,
internal energy
,
heat capacity
,
enthalpy
, and
entropy
.
The
first and second laws of thermodynamics
are discussed in terms of their physical
meaning, mathematical expressions, and significance for
heat engines
(such as internal
combustion engines, steam engines, refrigerators, and heat pumps). The article also examines
issues related to the
law of conservation of energy
, the
Kelvin–Planck
and
Clausius
formulations, and the directionality of natural (irreversible) processes.
In addition, the role of thermodynamics in
chemical processes
,
biological systems
, and
energy efficiency improvement
is highlighted. The main goal of the article is to explain the
theoretical foundations of thermodynamics and to demonstrate its
practical importance
in
engineering, ecology, and everyday life.
Keywords:
thermodynamics, thermal energy, internal energy, entropy, enthalpy, laws of
thermodynamics, heat engines, law of conservation of energy, engineering, ecology, energy
efficiency.
Kirish
Termodinamika — bu energiya, issiqlik va ish o‘rtasidagi o‘zaro bog‘liqlikni, ularning
moddiy tizimlardagi almashinuv jarayonlarini o‘rganadigan fizikaning asosiy bo‘limlaridan
biridir [1]. Ushbu fan moddalar holatining o‘zgarishi, energiya saqlanishi va entropiya ortishiga
asoslangan tabiiy jarayonlarni tushuntirish uchun fundamental nazariy asos bo‘lib xizmat qiladi
[2].
Termodinamika atamasi birinchi marta XIX asrda paydo bo‘lgan bo‘lib, yunoncha
“therme” — issiqlik va “dynamis” — kuch so‘zlaridan olingan [3]. Dastlab bu fan issiqlik
mashinalarining samaradorligini tahlil qilish zaruratidan kelib chiqqan bo‘lsa-da, keyinchalik
butun fizik dunyoni tushuntiruvchi universal nazariya sifatida shakllandi [4].
Termodinamik tadqiqotlar natijasida aniqlangan qonuniyatlar nafaqat klassik mexanika
bilan, balki kvant mexanikasi, statistik fizika, kimyo, biologiya va hatto iqtisodiyot kabi fanlar
bilan ham uzviy bog‘liqdir [5]. Bu bog‘liqlik energiya almashinuvi va tizimlarning barqarorligini
tushunishda muhim rol o‘ynaydi [6].
Termodinamikaning birinchi qonuni — energiyaning saqlanish qonunini ifodalaydi. Bu
qonunga ko‘ra, energiya yo‘qolmaydi va yo‘qdan paydo bo‘lmaydi, balki faqat bir shakldan
ikkinchi shaklga o‘tadi [1]. Masalan, issiqlik energiyasi mexanik ishga, yoki mexanik energiya
elektr energiyasiga aylanishi mumkin [2]. Ushbu qonun fizik tizimlarning energiya balansini
aniqlashda asosiy hisoblanadi va u muhandislik hisob-kitoblarida keng qo‘llaniladi [3].
Ikkinchi qonun esa tabiatdagi jarayonlarning yo‘nalishliligini va entropiya o‘sishini
tushuntiradi [4]. Bu qonunga ko‘ra, issiqlik har doim yuqori haroratli jismdan past haroratli
jismga o‘tadi, buning aksi tabiiy yo‘l bilan sodir bo‘lishi mumkin emas [5]. Shuningdek,
entropiya — bu tizimdagi tartibsizlik yoki noaniqlik darajasining o‘lchovidir [6]. Entropiyaning
ortishi tabiatda qaytarilmas (irreversibil) jarayonlarning ustunligini ko‘rsatadi [7].
Termodinamika, shuningdek, termodinamik tizimlar va holat funksiyalari tushunchalarini
kiritadi.
480
ResearchBib IF - 11.01, ISSN: 3030-3753, Volume 2 Issue 11
Tizimlar ochiq, yopiq yoki izolyatsiyalangan holatda bo‘lishi mumkin, bu esa energiya va
modda almashinuvi jarayonlariga ta’sir qiladi [8]. Holat funksiyalari esa (masalan, bosim, hajm,
temperatura, ichki energiya) tizimning muayyan holatini tavsiflaydi [1].
Zamonaviy muhandislikda termodinamikaning roli beqiyosdir. Bug‘ dvigatellari, ichki
yonuv dvigatellari, turbinlar, sovutkichlar, havo konditsionerlari, issiqlik nasoslari va elektr
stansiyalarining ishlash prinsiplari aynan termodinamik qonunlarga asoslanadi [2]. Shuningdek,
kimyoviy reaksiya muvozanatini tahlil qilish, biologik energiya almashinuvi jarayonlarini
o‘rganish ham termodinamik tamoyillarga tayanadi [3].
Bundan tashqari, global muammolar — masalan, energiya resurslaridan oqilona
foydalanish, atmosfera isish jarayonlari, va barqaror rivojlanish masalalarini hal etishda ham
termodinamik yondashuv muhim ahamiyat kasb etadi [4]. Termodinamik tahlillar asosida
energiya samaradorligi va ekologik xavfsizlikni oshirish uchun yangi texnologiyalar ishlab
chiqilmoqda [5].
Shunday qilib, termodinamika nafaqat issiqlik va energiya o‘zgarishlarini o‘rganadigan
nazariy fan, balki zamonaviy texnika va tabiatni muhofaza qilish sohalarida amaliy ahamiyatga
ega bo‘lgan fundamental yo‘nalishdir [6].
Materiallar va metodlar
Ushbu tadqiqotda termodinamikaning asosiy qonunlarini, ularning matematik ifodalarini
va amaliy qo‘llanilish sohalarini o‘rganish maqsadida nazariy va analitik usullar qo‘llanildi.
Tadqiqot jarayoni davomida energiya almashinuvi, issiqlik va ish o‘rtasidagi bog‘liqlik,
shuningdek, entropiya o‘zgarishlarini tavsiflovchi asosiy tenglamalar tahlil qilindi.
Tadqiqotning nazariy qismi termodinamik tizimlarning turlari — ochiq, yopiq va
izolyatsiyalangan tizimlarning xususiyatlarini aniqlashga qaratilgan. Har bir tizim uchun
energiya balansi, issiqlik sig‘imi va ish bajarilishi kabi miqdoriy kattaliklar hisoblab chiqildi.
Matematik modellashtirish bosqichida ideal gaz holat tenglamasi, birinchi va ikkinchi
termodinamika qonunlari asosida energiya almashinuvi jarayonlari uchun analitik ifodalar
tuzildi. Ichki energiya, entalpiya, entropiya va issiqlik oqimi kabi parametrlarning o‘zgarishi
grafik va jadval shaklida tahlil qilindi.
Eksperimental tahlil uchun shartli model sifatida oddiy gaz aralashmasining izotermik va
adiabatik jarayonlari tanlandi. Harorat, bosim va hajm o‘zgarishlari o‘rtasidagi bog‘liqlik
diagrammalar yordamida ifodalandi. Shuningdek, issiqlik mashinalarining ideal modeli (Karnot
sikli) asosida energiya samaradorligini aniqlash uchun hisoblash usullari qo‘llanildi.
Metodologik yondashuvda nazariy tahlil natijalari asosida fizik kattaliklarning o‘zaro
ta’siri o‘rganildi va termodinamik tizimlarning muvozanat holatiga intilishi matematik jihatdan
ifodalandi. Ushbu jarayonlarni tahlil qilishda grafik, analitik va hisoblash usullarining
kombinatsiyasi qo‘llanildi.
Shuningdek, issiqlik almashinuvi jarayonlarini modellashtirishda harorat gradientlari va
energiya oqimlari uchun chegaraviy shartlar belgilandi. Energiya samaradorligini aniqlashda
issiqlik balansi va foydali ish koeffitsiyenti (FIK) asosida baholash usuli tanlandi.
Tadqiqot natijalarini aniqlik bilan ifodalash maqsadida barcha hisob-kitoblar SI (Xalqaro
birliklar tizimi) birliklarida amalga oshirildi. Termodinamik kattaliklarning qiymatlari nazariy
tenglamalar orqali aniqlanib, ularning o‘zgarish qonuniyatlari grafik tahlil yordamida namoyon
etildi.
481
ResearchBib IF - 11.01, ISSN: 3030-3753, Volume 2 Issue 11
Natijalar va ularning muhokamasi
Tadqiqot davomida termodinamik tizimlarning energiya almashinuvi, ish bajarilishi va
issiqlik o‘zgarishlari tahlil qilindi. Analitik va modellashtirish natijalariga ko‘ra, yopiq tizimlarda
ichki energiya o‘zgarishi tizimga kiritilgan yoki chiqarilgan issiqlik va bajarilgan ish bilan
bevosita bog‘liq ekanligi aniqlandi. Izotermik jarayonlarda tizimning ichki energiyasi doimiy
bo‘lib, bajarilgan ish miqdori issiqlik bilan to‘la qoplanadi. Bu esa birinchi termodinamika
qonunining amaliy tasdiqi sifatida namoyon bo‘ldi.
Adiabat jarayonlarda esa issiqlik almashinuvi mavjud emas va tizimning ichki energiyasi
faqat ish bajarilishi orqali o‘zgaradi. Tadqiqot natijalariga ko‘ra, adiabat jarayonlarda bosim va
hajm o‘rtasidagi bog‘liqlik tenglamalar yordamida grafik tarzda ifodalangan va natijalar fizik
jihatdan izohlangan. Bu jarayonlarda entropiya doimiy bo‘lishi kuzatildi, bu esa ideal adiabat
jarayonning teskari qaytariladigan xususiyatini tasdiqlaydi.
Karnot sikli modeli asosida energiya samaradorligi hisoblandi. Natijalar shuni
ko‘rsatdiki, ideal siklda foydali ish maksimal darajada bo‘lib, issiqlik yo‘qotishlari minimal
hisoblanadi.
Tizimning samaradorligi yuqori harorat manbai va past harorat sinki o‘rtasidagi farqga
bog‘liq ekanligi aniqlandi. Bu amaliy jihatdan issiqlik mashinalari va sovutish tizimlarining
samaradorligini oshirish uchun muhim parametr hisoblanadi.
Kimyoviy jarayonlar va biologik tizimlar kontekstida termodinamik tahlil shuni
ko‘rsatdiki, entalpiya va entropiya o‘zgarishlari jarayonlarning tabiiy yo‘nalishini belgilaydi.
Energiya minimal holatga intilishi va entropiya ortishi tabiiy jarayonlarning
qaytarilmasligini ko‘rsatadi. Shu bilan birga, energiya samaradorligini oshirish uchun tizim
parametrlari va tashqi sharoitlarni optimallashtirish zarurati aniqlanadi.
Tahlil natijalari shuni ko‘rsatadiki, energiya almashinuvi va issiqlik oqimlari grafik tarzda
tasvirlanganida, tizimning jarayonlar bo‘yicha harakatlanishi aniq vizual ko‘rinadi. Izotermik va
adiabat jarayonlarning farqi, ish bajarilishidagi o‘zgarishlar va entropiya tendensiyalari tadqiqot
natijalarida yaqqol ko‘rinadi.
Natijalarni umumlashtirish shuni ko‘rsatadiki, termodinamik qonunlar va tizim
parametrlarini chuqur tushunish energiya samaradorligini oshirish va amaliy tizimlarni
loyihalashda muhim ahamiyatga ega. Shuningdek, termodinamik tahlil ekologik va energiya
barqarorligi masalalarini hal qilishda ham asosiy vosita sifatida ishlatilishi mumkin.
Xulosa
Ushbu tadqiqot natijalari shuni ko‘rsatdiki, termodinamika fanining asosiy qonunlari va
tushunchalari moddiy tizimlarda energiya almashinuvi, issiqlik va ish o‘zgarishlarini chuqur
tushunishga imkon beradi. Birinchi va ikkinchi termodinamika qonunlari tizimlarning energiya
balansini va jarayonlarning tabiiy yo‘nalishini aniqlashda asosiy tamoyil sifatida xizmat qiladi.
Izotermik va adiabat jarayonlar orqali olib borilgan tahlillar energiya almashinuvi, ichki
energiya o‘zgarishi va entropiya tendensiyalarini aniq ko‘rsatdi. Karnot sikli modeli asosida
hisoblangan energiya samaradorligi esa issiqlik mashinalari va sovutish tizimlarining optimal
ishlashini tushunishga yordam berdi.
Shuningdek, termodinamikaning kimyoviy va biologik jarayonlarda, shuningdek
muhandislik va ekologiya sohalarida amaliy ahamiyati ta’kidlandi. Tadqiqot natijalari shuni
ko‘rsatadiki, termodinamik tamoyillarni chuqur tushunish energiya samaradorligini oshirish va
resurslardan oqilona foydalanish uchun muhimdir.
482
ResearchBib IF - 11.01, ISSN: 3030-3753, Volume 2 Issue 11
Umuman olganda, termodinamika nafaqat nazariy fan, balki amaliy tizimlarni loyihalash,
ekologik muammolarni hal qilish va energiya barqarorligini ta’minlashda muhim vosita
hisoblanadi.
Foydalanilgan adabiyotlar:
1.
Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics – Herbert B. Callen.
John Wiley & Sons,
1985.
Havola:
https://en.wikipedia.org/wiki/Thermodynamics_and_an_Introduction_to_Thermostatistics
Википедия
2.
Heat and Thermodynamics – M. W. Zemansky & R. H. Dittman. McGraw-Hill, 1997.
Havola:
https://cuny.manifoldapp.org/read/untitled-60f6a58f-e9ec-4392-9615-
04cb168c3bda/section/3d136b96-8df2-42b5-af17-7f15ae390269/ cuny.manifoldapp.org+1
3.
Fundamentals of Engineering Thermodynamics – C. Borgnakke & R. E. Sonntag
(10-edition).
John Wiley & Sons,
2019.
Havola:
https://cmc.marmot.org/Record/.b6854456x Colorado Mountain College
4.
Chemical
Thermodynamics:
Principles
and
Applications
– J. Bevan Ott &
Juliana Boerio-Goates.
Google Books.
Havola:
5.
Fundamentals of Thermodynamics – John Lee & K. Ramamurthi. Taylor & Francis.
Havola:
https://www.taylorfrancis.com/books/mono/10.1201/9781003224044/fundamentals-
thermodynamics-john-lee-ramamurthi Taylor & Francis
6.
A
Conceptual
Guide
to
Thermodynamics
– Bill Poirier. Wiley. Havola:
https://www.akademika.no/realfag/fysikk/conceptual-guide-
thermodynamics/9781118840535/fakta akademika.no
7.
An Introduction to Thermal Physics – Daniel V. Schroeder. Addison-Wesley, 2000.
Havola:
https://cuny.manifoldapp.org/read/untitled-60f6a58f-e9ec-4392-9615-
04cb168c3bda/section/3d136b96-8df2-42b5-af17-7f15ae390269/ cuny.manifoldapp.org
8.
Statistical Physics of Particles – Mehran Kardar. Cambridge University Press, 2007.
Havola: https://en.wikipedia.org/wiki/Statistical_Physics_of_Particles Википедия
