УМКД

Термодинамиканың дифференциальдық теңдеулері

«ҚОЛДАНБАЛЫ ЖЫЛУФИЗИКА»
ПӘНІНІҢ ОҚУ - ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ
«050723» – «Техникалық физика» мамандығы үшін

ОҚУ ӘДІСТЕМЕЛІК материалДАР

Семей
2010

Мазмұны

1ГЛОССАРИЙ 3
2 Дәрістер 5
3 ПРАКТИКАЛЫҚ және зертханалық сабақтар 15

1 Глоссарий

Жұмыстық дене деп, суыту немесе қыздыру әрекетімен өз күйін өзгертіп,
жылу энргиясын механикалық энергияға түрлендіретін газ тәріздес заттарды
айтамыз.

Дене немесе жүйе күйі деп, осы жүйенің анықталған қасиеттернің
үйлесімін және барлық бақыланатын жүйе мінездемелерін айтамыз.

Дененің немесе жүйе күйінің, жылулық құбылыстарға байланысты өзгерісін
термодинамиаклық процесс деп айтамыз.

Бір дененің толық энергиясынан толық механикалық энергиясын шығарып
тастағанда қалатын энергия оның ішкі эенргиясы деп аталады.

Жылу алмасу - микробөлшектердің бейберекет, бағытталмаған қозғалысы
нәтижесінде алмасу болатын энерия берілісі, осы уақыттағы берілетін энергия
мөлшері жылу деп аталады.

Жұмыстық дене - газ тәріздес, сұйық немесе плазмалық зат, оның
көмегімен жұмыс пен жылудың өзара фазалық ауысуы іске асырылады.

Бір денеден екінші денеге эенргияның берілуіне әкелетін микроскопиялық
процестердің жиынтығы жылу берілу деп аталады.

Заттың меншікті жылу сыйымдылығы деп, бір кг заттың температурасын бір
К қыздыру үшін қажетті жылу мөлшерін айтамыз.

Адиабаталық процесс деп, жүйе мен оны қоршаған сыртқы ортаның арасында
ешқандай жылу эенргиясының алмасуы болмайтын процесті айтамыз.

Қайтымды процесс деп, кері бағытта өткізуге болатын процесті тура
бағытта өткізгенде жүйе қандай күйлерден өтсе, кері бағытта сондай күйлер
тізбегінен өтетін процесті айтады.

Тепе-тең емес процестер әрқашанда қайтымсыз процесс, дәлдеп айтқанда
нақты процестер қайтымсыз процестер болады.

Тұйық процес (цикл) деп жүйе бірсыпыра өзгерістерге ұшырағаннан кейін
алғашқы күйіне қайтып келетін процестерді айтады.

Жылу алмасу – біркелкі емес температура кеңістігінде өздік қайтымсыз
жылу тасмалдану процесі.

Жылуөткізгіштік – бұл жылу алмасу, әртүрлі температурадағы бір дененің
бөлшектері немесе жанасатын денелердің микробөлшектердің ескертілген
әрекеті.

Конвекция – бұл кеңістікте сұйық немесе газ көлемінің орын
ауыстырғанда жылу тасмалдануы.

Конвективті жылу алмасу – жылуөткізгіштік және конвекция жолымен
біруақытта қатты беттер және газ немесе сұйық арасындағы жылу алмасу
процессі.

Жылу берілу – бөліп тұратын қатты қабырға арқылы бір сұйық ортадан
басқасына жылу берілу процессі.
Жылу ағыны – еркін бет арқылы уақыт бірлігінде берілетін, жылу
мөлшері.

Жылуөткізгіштік коэффициенті температура градиенті 1 К/м болатын 1 м2
бет арқылы өтетін, жылу ағынының қуатын анықтайды.

Жылу беру коэффициенті сұйық пен қабырға арасындағы температура 1
градус 1 м2 бет арқылы сұйықтан қабырғаға өтетін, жылу ағынының қуатын
анықтайды.

Дросселдеу деп, пайдалы жұмыстың жасалуынсыз және сыртқы ортамен
жылуалмасуынсыз, жоғары қысымнан төменірек қысымға газдың қайтымсыз өтуін
айтады.

Дросселдеудің дифференциальдық температуралық эффектісі деп, қысымның
шексіз аз өзгерісінің температураның шексіз аз өзгерісіне i=const
процесіндегі қатнасын айтады.

Өте терең суыту жүйелерінде газдарды дросселдеу анықталған (Р2-Р1)
қысым интервалында жүргізгенде, газ температурасы Джоуль-Томсонның
интегральдық эффектісі деген шамаға өзгереді.

Материалдың жылумен сәлеленуі деп, электромагниттік толқындармен
энергияны тасмалдау процессін айтамыз.

Дросселдеудің дифференциальдық температуралық эффектісі αі = 0
нүктені, инверсия нүктесі деп атайды.

Инверсия нүктесінің геометриялық орны инверсия қисығы деп аталады.

Фонон дегеніміз жылу энергисының тасмалдаушысы – квазиобөлшектердің
қозғалысы ретінде қарастыруға болады, серпімді торлардың энергиясымен
байланысқан жылулық толқындардың таралуын айтамыз.

8.1 Дәрістер

Дәрістер – оқу сабақтарының түрі, оның мақсаты пәнде баяндалатын
теориялық сұрақтарды логикалық қисынды түрде қарастыру болады.

Дәріс 1

Тақырып. Қолданбалы жылу физикасының маңызы мен мазмұны.
Термодинамиканың бірінші заңы.

Сұрақтар.

1 Қолданбалы жылу физикасының маңызы.
2 Термодинамиканың бірінші заңы.
3 Үйкелістің әсері.

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар

1 Қолданбалы жылуфизика пәні нені оқытады?
2 Термодинамиканың бірінші заңы теңдеуін жазыңыз?
3 Газ ағынындағы толық техникалық жұмыс теңдеуін жазыңыз?
4 Дененің ауырлық ортасы қозағалыссыз болғанда, термодинамиканың
бірінші заңы теңдеуі қандай күйде болады?
5 Ағында термодинамиканың бірінші заңы теңдеуі қалай анықталады?

Әдебиеттер

Негізгі
4.1.1, 7-27 б.

Дәріс 2

Тақырып. Қайтымды және қайтымсыз үрдістер. Энтропия.

Сұрақтар.

1 Қайтымды және қайтымсыз үрдістер.
2 Энтропия.
3 Термодинамиканың біріктірілген теңдеуі.

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар

1 Қайтымды үрдістер дегеніміз не?
2 Қайтымсыз үрдістер дегеніміз не?
3 Техникалық термодинамикада қандай үрдістер қарастырлады?
4 Энтропия теңдеуін жазыңыз?
5 Идеал газдар үшін энтропия теңдеуі қалай анықталады?
6 Нақты және идеал газдардың қайтымсыз үрдістері үшін энтропия қандай
күйде болады?
7 Термодинамиканың біріктірілген теңдеуін жазыңыз?
8 Сызба түрде қайтымды үрдістің нақты жылусыйымдылығы қалай
анықталады?

Әдебиеттер

Негізгі
4.1.1, 32-38 б.

Дәріс 3

Тақырып. Термодинамиканың дифференциальдық теңдеулері.

Сұрақтар.

1 Термодинамиканың бірінші заңының дифференциальдық теңдеуі.
2 Ішкі энергияның жеке туындылары.
3 Энтропияның дифференциальдық теңдеуі.
4 Энтальпияның дифференциальдық теңдеуі.

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар

1 Термодинамиканың дифференциальдық теңдеуі дегеніміз не?
2 Термодинамиканың дифференциальдық теңдеуінің бастапқы берілгендеріне
не жатады және оны жазыңыз?
3 Термодинамиканың бірінші заңының дифференциальдық теңдеуін жазыңыз?
4 Бірінші әдіспен ішкі энергияның жеке туындылары қалай анықталады?
5 Екінші әдіспен анықталған ішкі энергияның жеке туындыларын жазыңыз?
6 Энтропияның дифференциальдық теңдеуін жазыңыз?
7 Энтальпияның дифференциальдық теңдеуін жазыңыз?

Әдебиеттер

Негізгі
4.1.1, 38-47 б.

Дәріс 4

Тақырып. Газдардың термодинамикалық қасиеттері.

Сұрақтар.

1 Нақты газдардың қасиеттері.
2 Нақты газдарды қолдану облыстары.
3 Кризистік нүкте күйі теңдеуі
4 Сәйкес күйлер заңы.
5 Газ сығылғыштығын санау әдістері.

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар

1 Нақты газдардардың идеал газдардан ерекшеліктерін атаңыз?
2 Ван-дер-Ваальс теңдеуін жазыңыз?
3 Ван-дер-Ваальс теңдеуі кризистік нүктеде және фазалық ауысулар
кезінде нақты газдар күйін сипаттауға жарамды ма, мысал келтіріңіз?
4 Қысым, температура, көлемнің кризистік нүкте күйі теңдеуін
келтіріңіз?
5 Келтірілген қысым, температура, көлемнің теңдеуін жазыңыз?
6 Сәйкес күйлер заңының жаңа баптарының анықтамасын айтыңыз?
7 Камарлиг-Оннес теңдеуін келтіріңіз?
8 Газдардың сығылғыштық коэффициеті қандай параметрлерге тәуелді,
теңдеуін келтіріңіз?

Әдебиеттер

Негізгі
4.1.1, 94-106 б.

Дәріс 5

Тақырып. Газдардың термодинамикалық қасиеттері.

Сұрақтар.

1 Нақты газдардың жылусыйымдылығы.
2 Нақты газдар диаграммалары.

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар

1 Нақты газдардың жылусыйымдылығы кризистік нүктеде қандай күйде
болады?
2 Нақты газдар жылусыйымдылығының теңдеуін келтіріңіз?
3 S-T диаграммасында негізгі параметрларды және үрдістерді бейнелеңіз?
4 І-S диаграммасында негізгі параметрларды және үрдістерді бейнелеңіз?
5 lgP-I диаграммасында негізгі параметрларды және үрдістерді
бейнелеңіз?
6 i-T диаграммасында негізгі параметрларды және үрдістерді бейнелеңіз?

Әдебиеттер

Негізгі
4.1.1, 94-106 б.

Дәріс 6

Тақырып. Төмен температураларды алу әдістері.

Сұрақтар.

1 Нақты газдарды дросселдеу.
2 Идеал газдарды дросселдеу.
3 Джоул-Томсонның дифференциальдық эффектіcі.
4 Джоул-Томсонның интегральдық эффектіcі.

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар

1 Дросселдеу үрдісінің анықтамасын беріңіз?
2 Дросселдеу үрдісі изоэнтальпиялық үрдіс. Оны дәлелдеңіз?
3 Дросселдеу үрдісі изотермиялық үрдіс. Оны дәлелдеңіз?
4 Дросселдеудің дифференциальдық эффектісі дегеніміз не?
5 Нақты газдарды дросселдеу кезінде, дросселдеудің дифференциалдық
эффектісі қалай өзгереді?
6 Инверсия нүктесі және инверсия қисығы дегеніміз не?

Әдебиеттер

Негізгі
4.1.2, 133-140 б.

Дәріс 7

Тақырып. Төмен температураларды алу әдістері.

Сұрақтар.

1 Джоуль-Томсон эффектісінің физикалық маңызы.
2 Газдың изоэнтропиялық ұлғаю процессі.
3 Изоэнтропиялық ұлғаю процессін дросселдеу процессімен салыстыру.

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар

1 Молекулалардың тартылыс күші ескерілсе, дросселдеу температурарның
төмендетілімен өтеді. Оны дәлелдеңіз?
2 Молекулалардың тартылыс күші ескерілмесе, дросселдеу температурарның
жоғарлауымен өтеді. Оны дәлелдеңіз?
3 Детандер дегеніміз не?
4 Газдың детандерде изоэнтропиялық ұлғаюы кезінде жұмысының теңдеуін
келтіріңіз?
5 Дифференциалдық изоэнтропиялық эффектісі теңдеуін жазыңыз?
6 Детандерлерді қолдану қандай жағдайда тиімді?

Әдебиеттер

Негізгі
4.1.2, 133-140 б.

Дәріс 8

Тақырып. Жұмыстық ортаны қатты түрде пайдаланумен суыту.

Сұрақтар.

1 Адиабаталық магнитсіздендіру.
2 Магниттік криогендік машиналар.

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар

1 Адиабаттық магнитсіздендірумен суыту қай уақытта ашылды?
2 Парамагниттік заттар дегеніміз не?
3 Магнитокалориялық коэффициенті теңдеуін жазыңыз?
4 Адиабаталық магнитсіздендіру үрдісінің сызбанұсқасын келтіріңіз?
5 Бриллюэн теңдеуін жазыңыз?
6 Алғашқы магниттік криогендік машинаны кім жасады және сызба нұсқасын
келтіріңіз?
7 Магниттік суыту үшін қолданылатын машиналар материалдары қандай болу
керек?

Әдебиеттер

Негізгі
4.1.2, 165-180 б.

Дәріс 9

Тақырып. Жұмыстық ортаны қатты түрде пайдаланумен суыту.

Сұрақтар.

1 Термоэлектрлік суыту.
2 Десорбциялық суыту.

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар

1 Термоэлементтің жұмыс істеу принципі және сызба нұсқасын салыңыз?
2 Термоэлементтің суықөнімділігі неге тең?
3 Термоэлементтің жылулық балансын жазыңыз?
4 Термоэлектрлік суытудың артықшылықтары мен кемшіліктерін атаңыз?
5 Десорбциялық суыту әдісінің физикалық принципі?
6 Десорбциялық суыту аппаратының сызба нұсқасын салыңыз?

Әдебиеттер

Негізгі
4.1.2, 165-180 б.

Дәріс 10

Тақырып. 4Не және 3Не қасиеттерін пайдалануға негізделген, суыту
процестері.

Сұрақтар.

1 Гелийді пайдалануға негізделген, суыту процестері.
2 3Не-ті 4Не-те ерітумен суыту.
3 Адиабаттық кристалдаумен суыту.

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар

1 Гелийді дросселдеумен алуға мүмкін температураны атаңыз.
2 3Не-ті 4Не физикалық қасиеттері?
3 3Не-ті 4Не-те ерітумен суыту құрылғысының жұмыс істеу принципі және
сызба нұсқасын салыңыз?
4 3Не-ті 4Не-те ерітумен суытудың суықөнімділігі неге тең?
5 Померанчук эффектісі гелийдің қандай қасиеттеріне негізделген?

Әдебиеттер

Негізгі
4.1.2, 180-186 б.

Дәріс 11

Тақырып. Газдық тоңазытқыш циклдар.

Сұрақтар.

1 Жұмыстық затты дросселдеудің теориялық циклы.
2 Дросселдік циклдың рефрижераторлық режимі.
3 Жұмыстық затты дросселдеудің нақты циклы.
4 Дросселдік циклдың жұмыстық затты сұйылту режимі.
5 Дросселдік циклдың мінездемелері.

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар

1 Дросселдеу тиімділігін пайдаланатын криогендік қондырғының құрал-
жабдықтарын атаңыз?
2 Сұйылтудың нақты циклдары үшін қандай негізгі шығындар сыйпатты?
3 Сұйылту режимінде жұмыс істейтін циклдің рефрежираторлық циклден
негізі айырмашылығын атаңыз.
4 Жұмыстық заттарды сұйылту циклында қандай негізгі үрдістер өтеді
және оларды Т-S диаграммасын қолдана отырып көрсетіңіз.
5 Бір сатылы дросселдеу негізіндегі циклында сұйытылған жұмыстық
заттың максимал шығынына қандай жағдайларда жетуге болды?
6. Жылуалмастырғыш пен сұйық жинауыш ыдыстың жылулық балансын
құрастырыңыз.
7 Дросселдік циклдың сұйылту және рефрижераторлық режимдеріндегі
энергия шығыны қалай анықталады?

Әдебиеттер

Негізгі
4.1.2, 234-258 б.

Дәріс 12

Тақырып. Газдық детандерлік циклдер.

Сұрақтар.

1 Бір сатылы детандерлі цикл.
2 Детандер жұмысы және суық өнімділігі.
3 Детандердегі адиабаталық ПӘК-і
4 Детандердегі шығару процессі.

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар

1 Т-s диаграммасын пайдаланып детандерлікциклдарда өтетін негізгі
үрдістерді көрсетіңдер?
2 Детандерлік циклдардың дросселдік цикл салыстарғанда негізгі
артықшылықтарын атаңдар?
3 Жылуалмастырғыш апапраттарда жылудың толық рекуперацияланбауының
себебі неде?
4 Сұйылту режимінде жұмыс істейтін циклдің рефрежираторлық циклден
негізі айырмашылығын атаңыз.
5 Детандерлік циклдың сұйылту және рефрижераторлық режимдеріндегі
энергия шығыны қалай анықталады?

Әдебиеттер

Негізгі
4.1.2, 234-258 б.

Дәріс 13

Тақырып. Заттардың төмен температуралардағы қасиеттері.

Сұрақтар.

1 Қатты денелердің жылуфизикалық қасиеттері.
2 Материалдардың жылуфизикалық қасиеттері.
3 Материалдардың жылумен ұлғаюы.
4 Материалдардың жылумен сәулеленуі.

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар

1 Төмен температураларда материалдардың жылуфизикалық қасиеттері
қандай әдіспен есептеледі?
2 Дебай теңдеуін жазыңыз?
3 Электрондық жылусыйымдылық теңдеуі қалай анықталады?
4 Магниттік жылусыйымдылық теңдеуін жазыңыз?
5 Қатты денелердің жылуөткізгіштігі қалай анықталады?
6 Фонон дегеніміз не?
7 Сызықтық ұлғаюдың температуралық коэффициенті қалай анықталады?
8 Заттың сәулелену қабылеті неге тәуелді?
Әдебиеттер

Негізгі
4.1.2, 98-109 б.

Дәріс 14

Тақырып. Заттардың төмен температуралардағы қасиеттері.

Сұрақтар.

1 Электрөткізгіштік.
2 Асқын өткізгіштік.
3 Механикалық қасиеттері.
4 Биоматериалдардың жылуфизикалық қасиеттері.
5 Материалдардың жылумен сәулеленуі.

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар

1 Электрөткізгіштік қалай анықталады?
2 Грюнейзен теңдеуін жазыңыз?
3 Асқын өткізгіштік құбылысы қашан ашылды?
4 Асқын өткізгіштік құбылысы қандай параметрлармен шектелген?
5 Техникалық жүйелер үшін қандай асқын өткізгіш материалдар
қолданылады?
6 Материалдардың механикалық қасиеттері қандай параметрге тәуелді?
7 Биоматериалдардың жылуфизикалық қасиеттері төмен температураларда
қалай өзгереді?

Әдебиеттер

Негізгі
4.1.2, 109-125 б.

Дәріс 15

Тақырып. Заттардың төмен температуралардағы қасиеттері.

Сұрақтар.

1 Криогендік сұйықтар.
2 Сұйық және қатты гелий.
3 Асқынаққыштық.

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар

1 Гелийдің физикалық қасиеттері?
2 Гелийдің λ температурасын атаңыз?
3 Гелийдің фазалық диаграммасын салыңыз?
4 Кризистік жылдамдық дегеніміз не?

Әдебиеттер

Негізгі
4.2.4., 187-191б.

8.2 Зертханалық сабақтар

Зертханалық жұмыс 1

Тақырып. Ауа қасиеттері және термодинамикалық диаграммалармен танысу.

Сабақтың мақсаты. Ауаның, азоттың, гелийдің термодинамикалық
диаграммалармен танысу және осы диаграммалардың көмегімен газдық циклдардың
процестерін есептеу.
Жұмысты жүргізу бойынша әдістемелік нұсқаулар, зертханалық жұмыстарды
қорғауға арналған сұрақтар, жұмыстың әдістемелік нұсқауында келтірілген.

Зертханалық жұмыс 2

Тақырып. Оңай дросселдеу циклымен газдарды сұйылтуды есептеу.

Сабақтың мақсаты. Оңай дросселдеу циклдарының негізгі процестерін анықтау
және Т-S диграммасында тұрғызу. Циклдің термодинамикалық есебін жүргізу.
Сұйылту коэффициентін және энергия шығынын анықтау.

Жұмысты жүргізу бойынша әдістемелік нұсқаулар, зертханалық жұмыстарды
қорғауға арналған сұрақтар жұмыстың әдістемелік нұсқауында келтірілген.

Зертханалық жұмыс 3

Тақырып. Алдын ала суыту және дросселдеу циклымен газдарды сұйылтуды
есептеу.

Сабақтың мақсаты. Алдын ала суыту және дросселдеу циклдарының негізгі
процестерін анықтау және Т-S диграммасында тұрғызу. Циклдің
термодинамикалық есебін жүргізу. Сұйылту коэффициентін және энергия шығынын
анықтау.
Жұмысты жүргізу бойынша әдістемелік нұсқаулар, зертханалық жұмыстарды
қорғауға арналған сұрақтар жұмыстың әдістемелік нұсқауында келтірілген.

Зертханалық жұмыс 4

Тақырып. Газдарды сұйылтудың детандерлік циклын есептеу.

Сабақтың мақсаты. Газды сұйылтудың детандерлік циклдарының негізгі
процестерін анықтау және Т-S диграммасында тұрғызу. Циклдің
термодинамикалық есебін жүргізу. Ағындар арасындағы интегральдық
температура айырмасын анықтау.

Зертханалық жұмыс 5

Тақырып. КНГ өнеркәсіптік қондырғысының сызба нұсқасы.

Сабақтың мақсаты. Қондырғының сызба нұсқасымен танысу. Қондырғын іске қосу
реті және оны режиміне келтіру.

Пәндер