Termodinamikanın ikinci qanunu

Qaytarılmaz termodinamik prosesləri izah etmək üçün alimlər termodinamikanın ikinci qanununu formalaşdırdılar. Termodinamikanın ikinci qanunu kainatda hansı proseslərin baş verə biləcəyini və hansı proseslərin baş verə bilməyəcəyini izah edir. RJE Clausius (1822-1888) adlı bir alim aşağıdakı ifadəni verdi:

Təbii ki, istilik yüksək temperaturlu cisimlərdən aşağı temperaturlu cisimlərə keçir; təbii ki, istilik aşağı temperaturlu cisimlərdən yüksək temperaturlu cisimlərə keçmir (Termodinamikanın ikinci qanunu — Klauziusun ifadəsi).

Klauziusun ifadəsi termodinamikanın ikinci qanununun xüsusi ifadələrindən biridir. Bu ifadə xüsusi adlanır, çünki o, yalnız istilik ötürülməsi ilə əlaqəli bir prosesə aiddir. Bu ifadə digər proseslərlə əlaqəli olmadığı üçün daha ümumi bir ifadəyə ehtiyacımız var. Termodinamikanın ikinci qanununun ümumi ifadəsinin hazırlanması istilik mühərriklərinin öyrənilməsinə əsaslanır. Buna görə də əvvəlcə mühərrik istiliyini müzakirə edirik.

İstilik Mühərriki

İstifadə etdiyimiz enerjinin böyük bir hissəsi neft, qaz və kömürdə olan kimyəvi potensial enerjidən gəlir. Birbaşa istifadə üçün tətbiq olunan kimyəvi potensial enerji əvvəlcə yandırılmalıdır. Adətən, qalıq yanacaqların (neft, qaz və kömür) yandırılması istilik yaradır. İstilik birbaşa yemək bişirmək, otağı qızdırmaq üçün istifadə edilə bilər. Bir şeyi hərəkət etdirmək (məsələn, nəqliyyat vasitəsini hərəkət etdirmək) üçün istiliyi kinetik enerjiyə və ya mexaniki enerjiyə çevirməliyik (mexaniki enerji = potensial enerji + kinetik enerji).

İstilikdən istifadə edərək iş görən bir alət 1700-cü ildə kəşf edilmişdir. Bu, buxar mühərriki idi. Buxar mühərriki ilk dəfə kömür mədənindən suyu çıxarmaq üçün istifadə edilmişdir.

Buxar mühərriklərinin istifadəsi buxarın əşyaları hərəkət etdirə bilməsi ilə bağlıdır. Buxar mühərriklərinə istilik mühərriki daxildir (istilik mühərriki istiliyi mexaniki enerjiyə çevirmək üçün bir vasitədir). İndi buxar mühərriki elektrik enerjisi istehsal etmək üçün istifadə olunur. Müasir istilik mühərrikləri avtomobil mühərrikləri, motosiklet mühərrikləri və s. kimi daxili yanma mühərrikləridir.

İstilik mühərriklərinin istifadəsinin əsas ideyası, istiliyin yüksək temperaturdan aşağı temperaturlara axmasına icazə verildikdə, isitmənin mexaniki enerjiyə çevrilə bilməsidir. Bu proses zamanı istilikdən bir hissəsi mexaniki enerjiyə çevrilir (istiliyin bir hissəsi işin görülməsi üçün istifadə olunur), bir hissəsi isə aşağı temperaturlu yerlərdə boşaldılır. İstilik mühərrikində enerjinin formasının dəyişdirilməsi və enerji ötürülməsi prosesi bu diaqrama bənzəyir.

Yüksək temperatur (T_H) və aşağı temperatur (T_L) maşın işləmə temperaturu adlanır. Q_H yüksək temperaturdan axan istilikdir, Q isə_L istilik aşağı temperaturlu yerə axır. Yüksək temperaturdan aşağı temperaturlara axarkən, istilik miqdarının bir hissəsi mexaniki enerjiyə çevrilir (işləmək üçün istifadə olunur), istilik miqdarının bir hissəsi isə Q kimi xaric edilir._LBütün istilik işə (W) çevrilə bilməz, həmişə (Q) ayrılan istilik var._LBeləliklə, enerjinin qorunmasına əsaslanaraq, Q_H = Q + Q_L.

Buxar mühərrikləri və daxili yanma mühərrikləri də daxil olmaqla bir neçə istilik mühərriki mövcuddur.

Buxar mühərriki

Buxar mühərrikləri istilik ötürmə vasitəsi kimi su buxarından istifadə edir. Buxar işçi mayedir. İki növ buxar mühərriki mövcuddur: alternativ buxar mühərrikləri və turbin buxar mühərrikləri. Bu mühərrikin dizaynı fərqlidir, lakin bu iki növ buxar mühərriki neft, qaz, kömür yandırmaqla və ya nüvə enerjisindən istifadə etməklə qızdırılan buxardan istifadə edir.

Daxili yanma mühərrikləri

Motosiklet mühərrikləri və avtomobil mühərrikləri daxili yanma mühərriklərinə nümunədir. Yanma prosesi qapalı silindrlərin içərisində baş verdiyi üçün daxili yanma mühərriki adlanır. Daxili yanma mühərrikinin mövcudluğu adiabatik sıxılma və genişlənmə mühəndislik konsepsiyasının nəticəsidir.

İstilik Mühərrikinin Səmərəliliyi

İstilik mühərrikinin səmərəliliyi (e), yüksək temperaturda (Q) istilik girişi ilə maşın tərəfindən yerinə yetirilən işin (W) müqayisəsidir._H).

W alınan qazancdır, Q isə_H yanacaq almaq və yandırmaq üçün çəkilən xərcdir. Həmişə maksimum mənfəət və ən az xərc əldə etmək istəyən insanlar olaraq, artan mənfəətin (W) xərclədiyimiz xərclə (Q) mütənasib olmasını ümid edirik._H). Bu baş verə bilərmi?

Enerjinin qorunmasına əsaslanaraq, istilik (Q)_H) iş (W) + ayrılan istiliyə (Q) bərabər olmalıdır_L).

1-ci tənlikdə W-ni 2-ci tənlikdə W ilə əvəz edin

Bu, istilik mühərrikinin səmərəliliyinin tənliyidir.

Sual 1:

İstilik mühərriki 3000 Coul (Q) udur_H) qızdırır, işləyir (W) və 2500 Coul (Q)-ı aradan qaldırır_L) istilik. Mühərrikin istilik səmərəliliyini hesablayın.

Həll

İstilik mühərrikinin səmərəliliyi = 17%.

Sual 2:

İstilik mühərriki 3000 Coul istiliyi udur (Q_H), işləyir (W) və 2000 Coul istiliyini (Q) aradan qaldırır_L). İstilik mühərrikinin səmərəliliyini hesablayın.

Həll

İstilik mühərrikinin səmərəliliyi = 34%.

Sual 3:

İstilik mühərriki 3000 Coul istiliyi udur (Q_H), (W) işləyir və 1500 Coul qədər istilik (Q) yayır._L). İstilik mühərrikinin səmərəliliyini hesablayın?

Həll

İstilik mühərrikinin səmərəliliyi = 50%.