Термодинамиканың екінші заңы туралы

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 4 бет
Таңдаулыға:

Жылу техникасы және құрылыс жылу физикасы пәнінен

БӨЖ тапсырмасы

«Термодинамиканың екінші заңы»

ТЕРМОДИНАМИКАНЫҢ ЕКІНШІ ЗАҢЫ

Термодинамиканың бірінші заңында анықталған жылу мен жұмыстың баламалылығына қарамастан, олардың өзара айналуы тең мәнді емес. Іс тәжірибесі көрсеткендей, егер техникалық жұмысты түгелдей жылуға (мысалы үйкеліс жолымен) айналдыруға мүмкін болса, ал жылуды түгелдей механикаық жұмысқа айналдыру мүмкін емес. Бұл жағдай негізі айналмалы процесс болып есептелетін термодинамиканың екінші заңына байланысты.

ТУРА ҚАЙТЫМДЫ КАРНО ЦИКЛІ

1824 ж. Француз ғалымы Никола Леонарда Сади Карно ұсынған жылудың толығымен жұмысқа айналуын қамтамасыз ететін цикл жылу машиналарының идеалды циклі болып есептеледі.

Карно циклі екі изотермадан және екі адиабатадан тұратын қайтымды процесс. Оның графикалық бейнесі және - диаграммаларында 1-суретте көрсетілген.

Карно циклінде жұмыстық дене ретінде 1 кг идеал газ қолданылады. Газ, қыздырғыш денеден алған температурасы -ге тең жылумен, 1-ші нүктедегі алғашқы күйінен, толығымен ұлғаю жұмысына айналатын 1-2 изотерма сызығы бойынша ұлғаяды.

(1)

1-сурет Тура қайтымды Карно циклының және - диаграммаларындағы бейнесі.

2-ші нүктеде, жұмыстық дене жылу көзінен ажыратылады да ішкі энергияның есебінен жұмыс атқарып, 2-3 сызығы бойынша адиабатамен ұлғаяды. Осыған байланысты газ температурасы -ден (2 нүкте) -ге (3 нүкте) дейін төмендейді. Атқарылған жұмыс, теңдеуге сәйкес болады, яғни:

(2)

3-ші нүктеде, газға, тұрақты температурада ( ), q ₂ жылу бергендегі сығылуға жұмсалған жұмысқа тең изотермамен сығылатын (2-3 сызығы) суытқыш беріледі:

(3)

4-ші нүктеде, жұмыстық дене салқындық көзінен ажыратылады да, температурасы -ден -ге дейін жоғарылап, 4-1 сызығымен адиабаттық сығылу нәтижесінде алғашқы күйІна қайтып оралады.

(4)

(2) және (4) теңдеулерінде келтірілгендей, Карно цикліндегі адиабаттық ұлғаю және сығылу жұмыстарының абсолюттік шамалары бірдей-де, таңбалары қарама-қарсы. Сондықтан да ұлғаю және сығылу жұмыстарының мәндері циклдің қорытынды жұмысына әсер етпейді.

Карно циклінің термиялық пайдалы әсер коэффициентін анықтау үшін (4. 2) теңдеу мен 4. 4-суреттегі - диаграммасын пайдаланамыз:

Карно циклінің - диаграммасынан

; (5)

. (6)

2-3 және 4-1 адиабаталық процесстерде , болғандықтан

(7)

Сондықтан,

(8)

Алынған теңдеулер келесі тұжырымдарды жасауға мүмкіндік береді:

Карно циклінің термиялық ПӘК тек қана қыздырғыш () және суытқыш () жылу көздерінің абсолюттік температураларына ғана байланысты.
Қыздырғыш жылу көзінің температурасы қанша жоғары болып, суытқыштың температурасы сонша төмен болса, термиялық ПӘК-де жоғары болады.
Суытқыштың температурасы () әрқшанда оң сан болғандықтан, Карно циклінің термиялық ПӘК-де бірден кіші сан болады. Ол дегеніміз жұмыстық денеге берілетін жылудытолығымен жұмысқа айналдыру мүмкін емес, оның-ге тең бір бөлігі суытқышқа беріледі.
(8) теңдеуінде келтірілгендей, Карно циклінің термиялық ПӘК-нің жұмыстық дененің (газдың) табиғатымен еш бір қатысы жоқ.

2. КЕРІ ҚАЙТЫМДЫ КАРНО ЦИКЛІ

Бұл цикл тоңазытқыш машиналарының идеалды циклі. Кері қайтымды Карно циклінің бейнесі 4. 5- суретте келтірілген.

2-сурет Кері қайтымды Карно циклының және - диаграммаларындағы бейнесі.

Цикл тура қайтымды Карно цикліне ұқсас, бірақта жұмыстық дененің күйі сағат тілі бағытына қарама-қарсы бағытта өзгереді.

Алдымен, жұмыстық дененің температурасы -ден (1-нүкте) -ге (4-нүкте) дейін төмендеп, газ 1-4 бағытымем адиабатты ұлғаяды. Келесі, изотермалық ұлғаю барысында, суытқыш көзінен температурасы тұрақты ( ) шамасына тең жылу алады. Алдымен 3-2 бағытымен адибатада, одан соң 2-1 бағытымен изотермада сығылғаннан кейін газ өзінің алғашқы күйіне қайтып оралады. Адиабаталық сығылу процессінде жұмыстық дененің температурасы -ден (3-ші нүкте) -ге (2-ші нүкте) дейін жоғарылайды.

Изотермалық сығылу процессінде температурасы -ге тең жұмыстық денеден, сығылу жұмысына пара-пар жылу, 2-1 бағытымен алынады. Сонымен, кері қайтымды циклдің барысы нәтижесінде, жылу салқындық көзінен жылу көзіне ауданы - пара-пар сырттан жұмсалған жұмыс арқылы ауысады.