ሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ሕግ

ስለ ሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ሕግ አንቀጽ

ሁሉም በተፈጥሮ የሚከሰቱ ሂደቶች በአንድ አቅጣጫ ብቻ ይከሰታሉ ነገር ግን በተቃራኒው አቅጣጫ ሊከሰቱ አይችሉም፣ ብዙውን ጊዜ የማይቀለበስ ሂደቶች ይባላሉ። ከግንዱ ከተለቀቁ በኋላ እና ነፃ መውደቅ ማንጎ መሬት ላይ ሲወድቅ ወደ ላይ አይንቀሳቀስም። የምንገፋውና የምናቆምበት መጽሐፍ ወደ እኛ አይመለስም። ከፍተኛ ሙቀት ያለው ነገር (ሞቃት ነገር) በዝቅተኛ የሙቀት መጠን (ቀዝቃዛ ነገር) ብንነካው፣ ሙቀት በተፈጥሮው ከከፍተኛ ሙቀት ያለው ነገር ወደ ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ያለው ነገር ይፈሳል። ሙቀቱ በተፈጥሮ ከቀዝቃዛ ነገር ወደ ሞቃት ነገር የሚሸጋገርበትን የተገላቢጦሽ ሂደት በፍፁም አናይም። ይህ ሂደት ከተከሰተ፣ ቀዝቃዛው ነገር ቀዝቃዛ ይሆናል፣ ሞቅ ያለው ነገር ደግሞ የበለጠ ይሞቃል። ግን እንደ እውነቱ ከሆነ፣ ይህ እንደዚያ አይደለም። እርስ በእርስ የሚለያዩ ብዙ የማይቀለበሱ ሂደቶች አሉ፣ ነገር ግን ሁሉም የኃይል መልክ ለውጦችን እና ከአንድ ነገር ወደ ሌላ የኃይል ሽግግርን ያካትታሉ።

ለምሳሌ፣ ሕንፃዎች እንዲወድቁ የሚያደርግ ኃይለኛ የመሬት መንቀጥቀጥ አለ (ህንፃዎች በመሬት መንቀጥቀጥ ሞገዶች በሚሸከሙት ኃይል ምክንያት ይወድቃሉ)። የወደቀው ሕንፃ እያንዳንዱ ክፍል እንደበፊቱ አንድ ላይ ሆኖ ቀጥ ብሎ ሲቆም አይተህ ታውቃለህ? ወይም ለምሳሌ፣ አንድ ብርጭቆ ወደ ወለሉ ወድቆ ይሰበራል... ወለሉ ላይ የተበተኑ የመስታወት ቁርጥራጮች ተመልሰው እንደበፊቱ ሙሉ የሆነ ብርጭቆ ሲፈጥሩ አይተህ ታውቃለህ? በጭራሽ አልተከሰተም... ሌሎች ብዙ ምሳሌዎች አሉ።

ሳይንቲስቶች በአንድ አቅጣጫ ብቻ የሚከሰቱ የቴርሞዳይናሚክስ ሂደቶችን (የማይቀለበስ ሂደቶችን) ለማብራራት፣ ሁለተኛውን የቴርሞዳይናሚክስ ሕግ ቀየሱ። ሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ሕግ በአጽናፈ ዓለም ውስጥ የትኞቹ ሂደቶች ሊከሰቱ እንደሚችሉ እና የትኞቹ ሂደቶች እንደማይከሰቱ ያብራራል። RJE የተባለ አንድ ሳይንቲስት ክላውሲየስ (1822-1888) የሚከተለውን መግለጫ ሰጥቷል፡

ሙቀት ከከፍተኛ የሙቀት መጠን ወደ ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ነገር በራሱ ይንቀሳቀሳል፤ ሙቀት ከዝቅተኛ የሙቀት መጠን ወደ ከፍተኛ የሙቀት መጠን ነገር በራሱ አይንቀሳቀስም (ሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ - የክላውሲየስ መግለጫ)።

የክላውሲየስ መግለጫ የሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ሕግ ልዩ መግለጫ ነው። ለአንድ ሂደት ብቻ የሚተገበር ስለሆነ ልዩ መግለጫ ይባላል፣ ማለትም ለሙቀት ማስተላለፍ። ይህ መግለጫ ከሌሎች ሂደቶች ጋር የማይገናኝ ስለሆነ፣ የበለጠ አጠቃላይ መግለጫ ያስፈልገናል። የሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ሕግ አጠቃላይ መግለጫ እድገት በከፊል በሙቀት ሞተሮች ጥናት ላይ የተመሠረተ ነበር። ስለዚህ፣ በመጀመሪያ ስለ ሙቀት ሞተሮች እንነጋገራለን።

የሙቀት ሞተር

የምንጠቀምበት አብዛኛው ኃይል የሚመጣው በፔትሮሊየም፣ በጋዝ እና በድንጋይ ከሰል ውስጥ ካለው የኬሚካል እምቅ ኃይል ነው። በፔትሮሊየም፣ በጋዝ ወይም በድንጋይ ከሰል ውስጥ የሚገኘው የኬሚካል እምቅ ኃይል በቀጥታ ጥቅም ላይ ሊውል አይችልም። ነዳጅ፣ ጋዝ ወይም የድንጋይ ከሰል መጀመሪያ መቃጠል አለበት። በተለምዶ የቅሪተ አካል ነዳጆችን ማቃጠል (ቤንዚን፣ ጋዝ እና የድንጋይ ከሰል) ሙቀትን ያመነጫል። ሙቀት ምግብ ለማብሰል እና ክፍልን ለማሞቅ በቀጥታ ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል። የሆነ ነገር ለማንቀሳቀስ (ለምሳሌ ተሽከርካሪ ለማንቀሳቀስ)፣ ሙቀትን ወደ ኪኔቲክ ኢነርጂ ወይም ሜካኒካል ኢነርጂ መቀየር አለብን (ሜካኒካል ኢነርጂ = እምቅ ኢነርጂ + ኪኔቲክ ኢነርጂ)። ሜካኒካል ኢነርጂን ወደ ሙቀት መቀየር በጣም ቀላል ስራ ነው፣ ነገር ግን ሙቀትን ወደ ሜካኒካል ኢነርጂ መቀየር ከባድ ነው። መዳፎችዎን አንድ ላይ ለመቀባት ይሞክሩ… መዳፎችዎ ይሞቃሉ፣ አይደል? መዳፎቻችንን አንድ ላይ ስንነካካ (ስራ እንሰራለን) ሜካኒካል ኢነርጂ ወደ ሙቀት ይቀየራል። ሂደቱ በጣም ቀላል ነው… ማለቂያ የሌለው ሙቀት እንኳን በስራ መስራት ሊፈጠር ይችላል። ነገር ግን የተገላቢጦሽ ሂደቱ፣ ማለትም ስራ ለመስራት ሙቀትን መጠቀም፣ አስቸጋሪ ነው።

ሙቀትን ለሥራ ለማዋል የሚያገለግል መሣሪያ የተፈለሰፈው በ1700 ብቻ ነው። ጥያቄ የተነሳበት መሣሪያ የእንፋሎት ሞተር ነበር። የእንፋሎት ሞተሮች ለመጀመሪያ ጊዜ ከድንጋይ ከሰል ማዕድን ማውጫዎች ውሃ ለማውጣት ያገለግሉ ነበር። የእንፋሎት ሞተሮች የመጀመሪያ አጠቃቀም የተከሰተው ሳይንቲስቶች ሙቀት በእውነቱ በሙቀት ልዩነት ምክንያት የሚተላለፍ ኃይል መሆኑን ከማወቃቸው በፊት መሆኑን ልብ ማለት ያስፈልጋል (የቴርሞዳይናሚክስ የመጀመሪያው ሕግ ገና አልተቀረጸም ነበር)።

በወቅቱ የእንፋሎት ሞተሮችን መጠቀም እንፋሎት ነገሮችን ማንቀሳቀስ እንደሚችል የሚያሳይ የዕለት ተዕለት ተሞክሮ ላይ የተመሠረተ ሊሆን ይችላል። የእንፋሎት ሞተሮች የሙቀት ሞተሮች (የሙቀት ሞተር = ሙቀትን ወደ ሜካኒካል ኃይል ለመቀየር የሚያገለግል መሳሪያ) ተደርገው ይወሰዳሉ። ዛሬ የእንፋሎት ሞተሮች የኤሌክትሪክ ኃይል ለማመንጨት ያገለግላሉ። ዘመናዊ የሙቀት ሞተሮች ውስጣዊ የማቃጠያ ሞተሮች (የመኪና ሞተሮች፣ የሞተር ሳይክል ሞተሮች፣ ወዘተ) ናቸው።

የሙቀት ሞተርን የመጠቀም መሰረታዊ ሀሳብ ሙቀት ወደ ሜካኒካል ኃይል ሊቀየር የሚችለው ከከፍተኛ ሙቀት ክልል ወደ ዝቅተኛ የሙቀት ክልል እንዲፈስ ከተፈቀደለት ብቻ ነው የሚለው ነው። በዚህ ሂደት ውስጥ፣ የተወሰነው ሙቀት ወደ ሜካኒካል ኃይል ይቀየራል (አንዳንድ ሙቀቱ ለስራ ይውላል)፣ የተወሰነው ሙቀት ደግሞ ወደ ዝቅተኛ የሙቀት ክልል ውድቅ ይደረጋል። በሙቀት ሞተር ውስጥ የኃይል ልወጣ እና የኃይል ዝውውር ሂደት በስዕሉ ላይ ይታያል።

ከፍተኛ ሙቀት (ቲ)_H) እና ዝቅተኛ የሙቀት መጠን (ቲ)_L) እንዲሁም የሞተር ኦፕሬቲንግ ሙቀት ተብሎም ይጠራል። ከከፍተኛ ሙቀት ቦታ የሚወጣው ሙቀት የQ ምልክት ተሰጥቶታል።_Hወደ ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ቦታ የሚለቀቀው ሙቀት የQ ምልክት ተሰጥቶታል_L. ከከፍተኛ ሙቀት ወደ ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ወዳለው ቦታ ሲፈስ፣ አንዳንድ Q_H ወደ ሜካኒካል ኢነርጂ (ለስራ ለመስራት የሚያገለግል) ይቀየራል፣ አንዳንዶቹ እንደ Q ይለቀቃሉ_Lእንደ እውነቱ ከሆነ ሁሉም Q_H ወደ W ሊቀየር ይችላል፣ ነገር ግን የዕለት ተዕለት ተሞክሮ ይህ የማይቻል መሆኑን ያሳያል። ሁልጊዜ የተወሰነ ሙቀት ይጠፋል። ስለዚህ፣ በሃይል ጥበቃ ላይ በመመስረት፣ Q የሚል መደምደሚያ ላይ መድረስ ይቻላል።_H = ወ + ጥ_L.

አሁን ሙቀትን ወደ ሜካኒካል ኃይል ለመቀየር በተለምዶ የሚያገለግል የሙቀት ሞተርን እንከልስ። ቀጣይነት ያለው ሥራ የሚያከናውኑ የሙቀት ሞተሮችን ብቻ እያሰብን እንደሆነ ልብ ማለት ያስፈልጋል። ያለማቋረጥ ሥራ እንዲሠራ፣ ሙቀት ከከፍተኛ ሙቀት ክልል ወደ ዝቅተኛ የሙቀት ክልል ያለማቋረጥ መፍሰስ አለበት። ሙቀት አንድ ጊዜ ብቻ የሚፈስ ከሆነ፣ በሙቀት ሞተሩ የሚሠራው ሥራ አንድ ጊዜ ብቻ ነው የሚከናወነው (የሚመነጨው ሜካኒካል ኃይል በጣም ትንሽ ይሆናል)። ስለዚህ፣ የሙቀት ሞተሩ በተመቻቸ ሁኔታ ጥቅም ላይ ሊውል አይችልም። የሙቀት ሞተር ያለማቋረጥ ሥራን የሚያከናውን ከሆነ በተመቻቸ ሁኔታ ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል። በሌላ አነጋገር፣ በሙቀት ሞተሩ የሚመነጨው ሜካኒካል ኃይል አንድን ነገር ለማንቀሳቀስ ጥቅም ላይ እንዲውል በቂ ነው።

የእንፋሎት ሞተር

የእንፋሎት ሞተሮች የውሃ ትነት እንደ ሙቀት ማስተላለፊያ መካከለኛ ይጠቀማሉ። እንፋሎት የእንፋሎት ሞተር የሚሰራ ንጥረ ነገር ተብሎ ይጠራል። ሁለት አይነት የእንፋሎት ሞተሮች አሉ፡- እርስ በእርስ የሚለዋወጡ የእንፋሎት ሞተሮች እና የተርባይን የእንፋሎት ሞተሮች (የእንፋሎት ተርባይኖች)። ዲዛይናቸው ትንሽ ይለያያል፣ ነገር ግን ሁለቱም ዓይነቶች ተመሳሳይነት አላቸው፡- በነዳጅ፣ በጋዝ፣ በከሰል ወይም በኑክሌር ኃይል የሚሞቅ የእንፋሎት ይጠቀማሉ።

የተገላቢጦሽ አይነት የእንፋሎት ሞተር

በኮንቴይነር ውስጥ ያለው ውሃ ብዙውን ጊዜ በከፍተኛ ግፊት ይሞቃል። በከፍተኛ ግፊት ስለሚሞቅ፣ የማብሰያ ሂደቱ በከፍተኛ ሙቀት ይከሰታል። የሙቀት መጠኑ በቀጥታ ከግፊት ጋር ተመጣጣኝ ነው። የእንፋሎት የሙቀት መጠኑ ከፍ ባለ ቁጥር የእንፋሎት ግፊቱ ይጨምራል። ይህ ከፍተኛ ሙቀት ወይም ከፍተኛ ግፊት ያለው እንፋሎት በመግቢያ ቫልቭ ውስጥ ይንቀሳቀሳል እና ከፒስተኑ ጋር ይስፋፋል። ሲሰፋ፣ እንፋሎት ፒስተኑን ይገፋዋል፣ ይህም ወደ ቀኝ እንዲንቀሳቀስ ያደርገዋል።

በእንፋሎት ውስጥ ያለው ሙቀት ወደ ኪነቲክ ኃይል ይለወጣል። ፒስተኑ ወደ ቀኝ ሲንቀሳቀስ፣ ከፒስተኑ ጋር የተገናኘው ጎማ ይሽከረከራል (1)። ከግማሽ ዙር በኋላ፣ መንኮራኩሩ ፒስተኑን ወደ መጀመሪያው ቦታው ይገፋዋል (2)። ፒስተኑ ወደ ግራ ሲንቀሳቀስ፣ የመግቢያ ቫልቭ በራስ-ሰር ይዘጋል፣ የጭስ ማውጫ ቫልቭ ደግሞ በራስ-ሰር ይከፈታል። እንፋሎት በኮንደንሰሩ ተጨምቆ ወደ ጤዛ ይለወጣል። በመቀጠል፣ በኮንደንሰሩ ውስጥ ያለው ውሃ እንደገና እንዲፈላ ወደ ኮንቴይነሩ ይገፋል። እና የመሳሰሉት… ሂደቱ በተደጋጋሚ ስለሚከሰት፣ ፒስተኑ ወደ ቀኝ እና ወደ ግራ ያለማቋረጥ ይንቀሳቀሳል። ፒስተኑ ወደ ቀኝ እና ወደ ግራ ያለማቋረጥ ስለሚንቀሳቀስ፣ መንኮራኩሩም ያለማቋረጥ ይሽከረከራል። የመንኮራኩሩ መሽከርከር ብዙውን ጊዜ የሆነ ነገር ለማንቀሳቀስ ያገለግላል።

የእንፋሎት ተርባይን

የእንፋሎት ተርባይን የአሠራር መርህ በመሠረቱ ከተገላቢጦሽ የእንፋሎት ሞተር ጋር ተመሳሳይ ነው። ልዩነቱ የተገላቢጦሽ የእንፋሎት ሞተር ፒስተን የሚጠቀም ሲሆን የእንፋሎት ተርባይን ደግሞ ተርባይን የሚጠቀም መሆኑ ነው። በተገላቢጦሽ የእንፋሎት ሞተር ውስጥ፣ ሙቀት መጀመሪያ ወደ ፒስተን የትርጉም ኪነቲክ ኃይል ይቀየራል። ከዚያ በኋላ፣ የፒስተኑ የትርጉም ኪነቲክ ኃይል ወደ የሚሽከረከረው ጎማ ተገላቢጦሽ ኪነቲክ ኃይል ይቀየራል። በእንፋሎት ተርባይን ውስጥ፣ ሙቀት በቀጥታ ወደ ተርባይን ተገላቢጦሽ ኪነቲክ ኃይል ይቀየራል። ተርባይኑ በግፊት ልዩነት ምክንያት ሊሽከረከር ይችላል። ከላጩ በላይ ያለው የእንፋሎት ሙቀት ከላጩ በታች ካለው የእንፋሎት ሙቀት በጣም ከፍ ያለ ነው። ምላጩ በተርባይኑ መሃል ላይ የሚገኝ ቀጭን ሳህን ነው። የሙቀት መጠኑ በቀጥታ ከግፊት ጋር ተመጣጣኝ ነው። ከላጩ በላይ ያለው የእንፋሎት ሙቀት ከላጩ በታች ካለው የእንፋሎት ሙቀት ከፍ ያለ ስለሆነ፣ ከላጩ በላይ ያለው የእንፋሎት ግፊት ከላጩ በታች ካለው ግፊት ይበልጣል። ይህ የግፊት ልዩነት እንፋሎት ምላጩን ወደ ታች እንዲገፋ ያደርገዋል፣ ይህም ተርባይኑ እንዲሽከረከር ያደርገዋል። የተርባይኑ ሽክርክሪት አቅጣጫ በስዕሉ ላይ ይታያል።

የእንፋሎት ሞተር የሥራ መርህ ከላይ በተገለጸው የኃይል ማስተላለፊያ ዲያግራም ላይ የተመሠረተ መሆኑን ልብ ማለት አስፈላጊ ነው። በዚህ ሁኔታ፣ ከፍተኛ ሙቀት ካለው ነገር ወይም ቦታ ወደ ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ወዳለው ነገር ወይም ቦታ ሙቀት እንዲፈስ በመፍቀድ ሜካኒካል ኃይል ሊፈጠር ይችላል። ስለዚህ፣ በእንፋሎት ሞተር ውስጥ የሙቀት ልዩነት አስፈላጊ ነው።

አንድ የተገላቢጦሽ የእንፋሎት ሞተር እንዴት እንደሚሰራ ትኩረት ከሰጡ፣ ምንም የሙቀት ልዩነት ባይኖርም ፒስተኑ አሁንም ወደ ግራ እና ቀኝ ሊንቀሳቀስ እንደሚችል ያስተውላሉ (ኮንደንሰር ወይም ፓምፕ የለም)። ፒስተኑ በከፍተኛ ሙቀት ወይም በከፍተኛ ግፊት እንፋሎት መስፋፋት ምክንያት ወደ ቀኝ ሊንቀሳቀስ ይችላል። በዚህ ሁኔታ፣ በእንፋሎት ውስጥ ያለው የተወሰነ ሙቀት ወደ ፒስተኑ የትርጉም ኪነቲክ ኃይል ይቀየራል። ይህ የፒስተኑ የትርጉም ኪነቲክ ኃይል ከዚያም ወደሚሽከረከረው ጎማ የሚሽከረከር ኪነቲክ ኃይል ይለወጣል። ግማሽ ዙር ከጨረሰ በኋላ፣ ጎማው ፒስተኑን ወደ ግራ ይገፋዋል። ጎማው ፒስተኑን ወደ ግራ ሲገፋው፣ የመንኮራኩሩ የማዞሪያ ኪነቲክ ኃይል እንደገና ወደ ፒስተኑ የትርጉም ኪነቲክ ኃይል ይቀየራል። ፒስተኑ ወደ ግራ ሲንቀሳቀስ፣ በሲሊንደሩ ውስጥ ያለውን እንፋሎት ይገፋል። በተመሳሳይ ጊዜ፣ የጭስ ማውጫ ቫልዩ ይከፈታል።

ስለዚህ፣ ፒስተኑ የሚገፋው እንፋሎት ጓደኛውን በጭስ ማውጫ ቫልቭ ስር ይገፋዋል። አሁን፣ ከጭስ ማውጫ ቫልቭ በታች ያለው የእንፋሎት ሙቀት በፒስተኑ የሚገፋው የእንፋሎት ሙቀት ጋር እኩል ከሆነ፣ የፒስተኑ የትርጉም ኪነቲክ ኃይል በሙሉ ወደ እንፋሎት ውስጣዊ ኃይል ይመለሳል። ውስጣዊ ኃይል በቀጥታ ከሙቀት ጋር ተመጣጣኝ ነው። የእንፋሎት ውስጣዊ ኃይል ከጨመረ የእንፋሎት ሙቀት ይጨምራል። የሙቀት መጠኑ በቀጥታ ከግፊት ጋር ተመጣጣኝ ነው። የእንፋሎት ሙቀት ከጨመረ የእንፋሎት ግፊትም ይጨምራል። ስለዚህ፣ በጭስ ማውጫ ቫልቭ በኩል የሚለቀቀው የእንፋሎት ግፊት በመግቢያ ቫልቭ በኩል ከሚገባው የእንፋሎት ግፊት ጋር እኩል ነው። ፒስተኑ ያለማቋረጥ ወደ ቀኝ እና ወደ ግራ መንቀሳቀሱን ይቀጥላል ነገር ግን ጥቅም ላይ ሊውል የሚችል አጠቃላይ የኪነቲክ ኃይል አይኖርም (ምንም አይነት አጠቃላይ ስራ አልተሰራም)። ስለዚህ በማስፋፋት ሂደቱ ወቅት ፒስተኑ የሚቀበለው የኪነቲክ ኃይል (ፒስተኑ ወደ ቀኝ ይንቀሳቀሳል) በመጭመቂያው ሂደት ውስጥ ወደ እንፋሎት ይመለሳል (ፒስተኑ ወደ ግራ ይንቀሳቀሳል)።

በእንፋሎት ሞተር ውስጥ የሙቀት ልዩነት አሁንም አስፈላጊ ነው ተብሎ ተደምጧል። ይህ የሙቀት ልዩነት በእንፋሎት ሞተር ውስጥ ኮንደንሰር በመጠቀም ሊገኝ ይችላል። ከጭስ ማውጫ ቫልቭ በታች ያለው የእንፋሎት ሙቀት እና ግፊት በሲሊንደሩ ውስጥ ካለው የእንፋሎት የሙቀት መጠን እና ግፊት በጣም ዝቅተኛ ሲሆን፣ ፒስተኑ ወደ ግራ ሲመለስ፣ ፒስተኑ በእንፋሎት ላይ የሚፈጥረው የግፊት መጠን ፒስተኑ ወደ ቀኝ ሲንቀሳቀስ እንፋሎት በፒስተኑ ላይ ከሚፈጥረው የግፊት መጠን በጣም ያነሰ ነው። በሌላ አነጋገር፣ ፒስተኑ በእንፋሎት ላይ የሚሠራው የሥራ መጠን እንፋሎት በፒስተኑ ላይ ከሚሠራው የሥራ መጠን በጣም ያነሰ ነው። ስለዚህ የፒስተኑ የኪነቲክ ኃይል ትንሽ ክፍል ብቻ ወደ እንፋሎት ይመለሳል። ስለዚህ፣ አጠቃላይ የኪነቲክ ኃይል ወይም አጠቃላይ ሥራ ይመረታል። ይህ አጠቃላይ የኪነቲክ ኃይል የሆነ ነገር ለማንቀሳቀስ ጥቅም ላይ ይውላል።

ውስጣዊ የማቃጠያ ሞተር

ሞተር ሳይክልና የመኪና ሞተሮች የውስጥ ማቃጠያ ሞተሮች ምሳሌዎች ናቸው። የቃጠሎ ሂደቱ በተዘጋ ሲሊንደር ውስጥ ስለሚከሰት ውስጣዊ የማቃጠያ ሞተሮች ይባላሉ። የውስጥ ማቃጠያ ሞተሮች በቀድሞው ርዕስ ላይ እንደተገለጸው የአዲያባቲክ መጭመቂያ እና መስፋፋት ጽንሰ-ሀሳብን በመጠቀም የምህንድስና ውጤት ናቸው። የቴርሞዳይናሚክስ የመጀመሪያ ህግ.

ቤንዚን እና ናፍጣንን እንደ ነዳጅ የሚጠቀሙ ውስጣዊ የማቃጠያ ሞተሮችን ብቻ እንመለከታለን። ቤንዚን እና ናፍጣ የፔትሮሊየም ምርቶች ናቸው፣ ስለዚህም የኬሚካል እምቅ ኃይል አላቸው። በቤንዚን እና በናፍጣ ውስጥ ያለው የኬሚካል እምቅ ኃይል በመጀመሪያ በቃጠሎው ሂደት ወደ ሙቀት ይቀየራል። ከዚያም በቃጠሎ የሚፈጠረው ሙቀት ወደ ሜካኒካል ኃይል ይቀየራል። ይህ ሜካኒካል ኃይል ሞተር ሳይክል ወይም መኪና እንዲንቀሳቀስ የሚያስችለው ነው። በቤንዚን ሞተር ውስጥ ያለው ዑደት የኦቶ ዑደት ይባላል፣ በናፍጣ ሞተር ውስጥ ያለው ዑደት ደግሞ የናፍጣ ዑደት ይባላል። ዑደት የሚቀለበስ የቴርሞዳይናሚክ ሂደት ነው። በመጀመሪያ የኦቶ ዑደትን እንወያይ።

የኦቶ ሳይክል

ይህ የአራት-ምት ውስጣዊ የማቃጠያ ሞተር ንድፍ ነው። ፒስተኑ ወደ ታች ሲንቀሳቀስ የአየር እና የቤንዚን ትነት ድብልቅ ከካርቡሬተር ወደ ሲሊንደር ይፈሳል (የመግቢያ ምት)። ከዚያም በሲሊንደሩ ውስጥ ያለው የአየር እና የቤንዚን ትነት ድብልቅ ፒስተኑ ወደ ላይ ሲንቀሳቀስ በአዲያባቲክ ይጨመቃል (የመጭመቂያ ምት)። በአዲያባቲክ የተጨመቀ ስለሆነ የድብልቁ የሙቀት መጠን እና ግፊት ይጨምራል። በተመሳሳይ ጊዜ የብልጭታ መሰኪያው ድብልቁን ያቀጣጥለዋል፣ ያቃጥለዋል። ሲቃጠል የጋዝ ሙቀት እና ግፊት ይጨምራል። ከፍተኛ ሙቀት ያለው፣ ከፍተኛ ግፊት ያለው ጋዝ በፒስተኑ ላይ ይስፋፋል፣ ወደ ታች ይገፋዋል (የማስፋፊያ ምት)። ከዚያም የተቃጠለው ጋዝ በጭስ ማውጫ ቫልቭ በኩል ይለቀቃል እና ወደ ጭስ ማውጫ ቱቦ (የጭስ ማውጫ ምት) ይመራል። የመግቢያ ቫልቭ እንደገና ይከፈታል፣ እና አራቱ ምቶች ይደገማሉ።

የአዲያባቲክ መጭመቂያ ስትሮክ ዓላማ የአየር-ነዳጅ ትነት ድብልቅ የሙቀት መጠን እና ግፊት መጨመር መሆኑን ልብ ማለት ያስፈልጋል። በከፍተኛ ግፊት የሚቀጣጠልበት ጊዜ በጣም ከፍተኛ የሙቀት መጠን እና ግፊቶች ይፈጥራል። በዚህም ምክንያት በማስፋፊያ ሂደቱ ወቅት የሚፈጠረው ግፊቱ (F = PA) በጣም ትልቅ ነው። ይህም ሞተር ሳይክል ወይም የመኪና ሞተር የበለጠ ኃይለኛ እንዲሆን ያደርጋል። መጭመቂያ ባይኖርም እንኳ የአየር-ነዳጅ ትነት ድብልቅ የብልጭታ መሰኪያው ብልጭታ ሲያመነጭ ሊቀጣጠል ይችላል። ሆኖም ግን፣ የሚቃጠለው ጋዝ የሙቀት መጠን እና ግፊት ብዙም ከፍተኛ ስላልሆነ የሚፈጠረው ግፊቱም አነስተኛ ነው። በዚህም ምክንያት ሞተሩ ያነሰ ኃይል ይኖረዋል።

በአራት-ምት ውስጣዊ የማቃጠያ ሞተር ውስጥ የኃይል ለውጥ እና የኃይል ዝውውር ሂደት እንደሚከተለው ሊገለጽ ይችላል፡- በሚቃጠልበት ጊዜ፣ በቤንዚን ውስጥ ያለው የኬሚካል እምቅ ኃይል እና በአየር ውስጥ ያለው ኃይል ወደ ሙቀት ይቀየራል። የተወሰነው ሙቀት በፒስተን ዘንግ እና ክራንክሻፍት ውስጥ ወደ ሜካኒካል ኃይል ይቀየራል፣ አንዳንዶቹ ደግሞ በጭስ ማውጫ ቱቦ በኩል ይለቀቃሉ። በፒስተን ዘንግ እና ክራንክሻፍት ውስጥ ያለው አብዛኛው ሜካኒካል ኃይል በተሽከርካሪው ውስጥ ወደ ሜካኒካል ኃይል ይቀየራል (ተሽከርካሪውን በማንቀሳቀስ)፣ ትንሽ ክፍል ደግሞ ወደ ሙቀት ይቀየራል። ሙቀት የሚመነጨው በግጭት ነው።

በኦቶ ዑደት ውስጥ ያለው የአዲያባቲክ መስፋፋት እና የመጭመቂያ ሂደት ከዚህ በታች ባለው ሥዕላዊ መግለጫ ሊገለጽ ይችላል። ይህ ሥዕላዊ መግለጫ በቤንዚን በሚሠራ ውስጣዊ የማቃጠያ ሞተር ውስጥ የሚከሰቱትን የቴርሞዳይናሚክ ሂደቶችን ተስማሚ ሞዴል ያሳያል።

የአየር እና የቤንዚን ትነት ድብልቅ ወደ ሲሊንደር (a) ይገባል። የአየር እና የቤንዚን ትነት ድብልቅ ከዚያም በአዳያባቲክ (a-b) ይጨመቃል። የሲሊንደሩ መጠን እንደሚቀንስ ልብ ይበሉ። የአየር እና የቤንዚን ትነት ድብልቅ በቋሚ መጠን ይሞቃል - ድብልቁ ይቃጠላል (b-c)። የተቃጠለው ጋዝ አዲባቲክ መስፋፋት (c-d) ያልፋል። በቋሚ መጠን ሲቀዘቅዝ - የተቃጠለው ጋዝ ወደ ጭስ ማውጫ ቱቦ ይወጣል እና አዲስ የአየር + የቤንዚን ትነት ድብልቅ ወደ ሲሊንደር (d-a) ይገባል።

የአየር እና የቤንዚን ትነት ድብልቅ ወደ ሲሊንደር (a) ይገባል። የአየር እና የቤንዚን ትነት ድብልቅ ከዚያም በአዳያባቲክ (a-b) ይጨመቃል። የሲሊንደሩ መጠን እንደሚቀንስ ልብ ይበሉ። የአየር እና የቤንዚን ትነት ድብልቅ በቋሚ መጠን ይሞቃል - ድብልቁ ይቃጠላል (b-c)። የተቃጠለው ጋዝ አዲባቲክ መስፋፋት (c-d) ያልፋል። በቋሚ መጠን ሲቀዘቅዝ - የተቃጠለው ጋዝ ወደ ጭስ ማውጫ ቱቦ ይወጣል እና አዲስ የአየር + የቤንዚን ትነት ድብልቅ ወደ ሲሊንደር (d-a) ይገባል።

የዲዝል ዑደት

የናፍጣ ሞተር የአሠራር መርህ ከቤንዚን ሞተር ጋር ተመሳሳይ ነው። ልዩነቱ የሚገኘው በመጀመሪያው የአዲያባቲክ መጭመቂያ ደረጃ (አዲያባቲክ መጭመቂያ = በፍጥነት የሚከናወን መጭመቂያ ሙቀት ወደ ስርዓቱ ውስጥ ወይም ወደ ስርዓቱ ለመውጣት ጊዜ የለውም። በዚህ ሁኔታ ስርዓቱ ሲሊንደር ነው።) በቤንዚን ሞተር ውስጥ እያለ የሚጨመቀው የአየር እና የቤንዚን ትነት ድብልቅ ነው፣ በናፍጣ ሞተር ውስጥ አየር ብቻ ይጨመቃል። የአዲያባቲክ መጭመቂያ የአየር ሙቀት እና ግፊት እንዲጨምር ያደርጋል። በመቀጠል፣ መርፌው ወይም መርፌው ናፍጣ ይረጫል። የአየር ሙቀት እና ግፊት ቀድሞውኑ በጣም ከፍተኛ ስለሆነ፣ ዲዛሉ ወደ ሲሊንደር ሲረጭ፣ ዲዛሉ ወዲያውኑ ያበራል። ምንም የብልጭታ መሰኪያዎች አያስፈልጉም። ከታች ባለው ዲያግራም ላይ የሚታየውን የግፊት እሴት ልብ ይበሉ። Bበኦቶ ዑደት ዲያግራም ላይ ከሚታየው የግፊት መጠን ጋር ያወዳድሩ።

ይህ ዲያግራም ተስማሚ የሆነ የናፍጣ ዑደት ያሳያል። መጀመሪያ ላይ አየር በአዳባታዊ መንገድ ይጨመቃል (a-b)፣ ከዚያም በቋሚ ግፊት ይሞቃል - መርፌው በናፍጣ ይረጫል እና ይቃጠላል (b-c)፣ የተቃጠለው ጋዝ አዲባቲክ መስፋፋት (c-d) ያልፋል፣ በቋሚ መጠን ይቀዘቅዛል - የተቃጠለው ጋዝ በጭስ ማውጫ ቱቦ በኩል ይወጣል እና ንጹህ አየር ወደ ሲሊንደር (d-a) ይገባል።

ከላይ በተጠቀሰው ማብራሪያ መሠረት፣ እያንዳንዱ የሙቀት ሞተር በመሠረቱ የተወሰነ የሚሰራ ንጥረ ነገር አለው ብሎ መደምደም ይቻላል። ለእንፋሎት ሞተር የሚሠራው ንጥረ ነገር ውሃ፣ ለቤንዚን ሞተር የሚሠራው ንጥረ ነገር አየር እና ቤንዚን ትነት ሲሆን ለናፍጣ ሞተር የሚሠራው ንጥረ ነገር ደግሞ አየር እና ናፍጣ ነዳጅ ነው። የሚሠራው ንጥረ ነገር ብዙውን ጊዜ ሙቀትን በከፍተኛ ሙቀት (Q) ይቀበላል።_H), ስራ መስራት (W)፣ ከዚያም የቀረውን ሙቀት በዝቅተኛ የሙቀት መጠን (Q) ይልቀቁ_L) ምክንያቱም ኃይል ስለሚጠበቅ፣ Q_H = ወ + ጥ_L.

የሙቀት ሞተር ውጤታማነት

የሙቀት ሞተር ቅልጥፍና (ሠ) ሞተሩ በሚያከናውነው ሥራ (W) እና በከፍተኛ ሙቀት (Q) የሙቀት ግብዓት መካከል ያለው ጥምርታ ነው።_H) በሂሳብ ደረጃ እንደሚከተለው ሊጻፍ ይችላል፡

W የምናገኘው ትርፍ ሲሆን Q ደግሞ የምናገኘው ትርፍ ነው።_H ነዳጅ ለመግዛትና ለማቃጠል የምናወጣው ወጪ ነው። ሁልጊዜ ከፍተኛውን ትርፍ እና አነስተኛውን ወጪ ለማግኘት የምንፈልግ ሰዎች እንደመሆናችን መጠን የምናገኘው ትርፍ (W) ከምንከፍለው ወጪ (QH) ጋር የሚመጣጠን እንደሚሆን በእርግጥ ተስፋ እናደርጋለን። ይህ ይቻላል?

በኢነርጂ ቁጠባ ላይ በመመስረት፣ የግብዓት ሙቀት (Q)_H) ከተሰራው ስራ (ወ) + ከተለቀቀው ሙቀት (ጥ) ጋር እኩል መሆን አለበት_L) በሂሳብ፡

የሙቀት ሞተርን ውጤታማነት በመቶኛ መግለጽ ከፈለጉ፣ የቅልጥፍና እኩልታውን በ100% ያባዙ። ከላይ በተጠቀሰው የቅልጥፍና እኩልታ ላይ በመመስረት፣ የበለጠ ሙቀት ውድቅ ይደረጋል (Q)_L) በሙቀት ሞተር፣ የሙቀት ሞተሩ ውጤታማነቱ አነስተኛ ነው። የሙቀት መጠኑን ውድቅ ማድረግ በእርግጥ እንፈልጋለን (Q)_L) በተቻለ መጠን ትንሽ። ሆኖም ግን፣ የሙቀት ግቤት (Q)_H) ብዙውን ጊዜ የሚገኘው ዘይት፣ የድንጋይ ከሰል፣ ጋዝ ወዘተ (የምንከፍለውን ነዳጅ) በማቃጠል ነው።

ስለዚህ፣ እያንዳንዱ የሙቀት ሞተር በመሠረቱ በተቻለ መጠን ቀልጣፋ እንዲሆን የተነደፈ ነው። ምንም እንኳን ከዝቅተኛ ወጪ ከፍተኛውን ጥቅም ብንፈልግም፣ እውነታው ግን የእንፋሎት ሞተሮች በተለምዶ 40% ያህል ቀልጣፋ ሲሆኑ፣ የውስጥ ማቃጠያ ሞተሮች ደግሞ 50% ያህል ናቸው። ይህ ማለት በሚነድ ነዳጅ የሚመነጨው ግማሽ ሙቀት ይባክናል። ግማሹ ብቻ ወደ ሜካኒካል ኃይል ይቀየራል።

ምሳሌ ጥያቄ 1፡

የሙቀት ሞተር 3000 ጁል (Q) ሙቀትን ይቀበላል_H)፣ ሥራ መሥራት (W) እና 2500 የሙቀት ጁሎችን መልቀቅ (Q)_L) የሙቀት ሞተሩ ውጤታማነት ምንድነው?

ውይይት

ምሳሌ ጥያቄ 2፡

የሙቀት ሞተር 3000 ጁል (Q) ሙቀትን ይቀበላል_H)፣ ሥራ መሥራት (W) እና 2000 የሙቀት ጁሎችን መልቀቅ (Q)_L) የሙቀት ሞተሩ ውጤታማነት ምንድነው?

ውይይት

ምሳሌ ጥያቄ 3፡

የሙቀት ሞተር 3000 ጁል (Q) ሙቀትን ይቀበላል_H)፣ ሥራ መሥራት (W) እና 1500 የሙቀት ጁሎችን መልቀቅ (Q)_L) የሙቀት ሞተሩ ውጤታማነት ምንድነው?

ውይይት