Термодинамиканың екінші заңы

Қайтымсыз термодинамикалық процестерді түсіндіру үшін ғалымдар термодинамиканың екінші заңын тұжырымдады. Термодинамиканың екінші заңы ғаламда қандай процестердің болуы мүмкін және қандай процестердің болмауын түсіндіреді. Р.Ж.Е. Клаузиус (1822-1888) есімді бір ғалым келесі тұжырымды жасады:

Әрине, жылу жоғары температуралы заттардан төмен температуралы заттарға ауысады; әрине, жылу төмен температуралы заттардан жоғары температуралы заттарға ауыспайды (Термодинамиканың екінші заңы - Клаузиус тұжырымы).

Клаузиус тұжырымы термодинамиканың екінші заңының арнайы тұжырымдарының бірі болып табылады. Ол арнайы тұжырым деп аталады, себебі ол тек жылу алмасуға қатысты бір ғана процеске қолданылады. Бұл тұжырым басқа процестермен байланысты болмағандықтан, бізге жалпы тұжырым қажет. Термодинамиканың екінші заңының жалпы тұжырымын әзірлеу жылу қозғалтқыштарын зерттеуге негізделген. Сондықтан біз алдымен қозғалтқыштың жылуын талқылаймыз.

Жылу қозғалтқышы

Біз пайдаланатын энергияның көп бөлігі мұнай, газ, көмірдегі химиялық потенциалдық энергиядан келеді. Тікелей пайдалану үшін қолданылатын химиялық потенциалдық энергия алдымен жағылуы керек. Әдетте, қазба отындарын (мұнай, газ және көмір) жағу кезінде жылу пайда болады. Жылуды тамақ пісіру, бөлмені жылыту үшін тікелей пайдалануға болады. Бір нәрсені жылжыту үшін (мысалы, көлікті жылжыту) жылуды кинетикалық энергияға немесе механикалық энергияға айналдыруымыз керек (механикалық энергия = потенциалдық энергия + кинетикалық энергия).

1700 жылы жылуды пайдаланып жұмыс істейтін құрал табылды. Ол бу қозғалтқышы болды. Бу қозғалтқышы алғаш рет көмір шахтасынан суды сорып алу үшін қолданылған.

Бу қозғалтқыштарын пайдалану бу заттарды қозғалта алатындықтан жүзеге асырылады. Бу қозғалтқыштарына жылу қозғалтқышы кіреді (жылу қозғалтқышы - жылуды механикалық энергияға түрлендіру құралы). Қазіргі кезде бу қозғалтқышы электр энергиясын өндіру үшін қолданылады. Қазіргі заманғы жылу қозғалтқыштары - автомобиль қозғалтқыштары, мотоцикл қозғалтқыштары және т.б. сияқты іштен жану қозғалтқыштары.

Жылу қозғалтқыштарын қолданудың негізгі идеясы - егер жылу жоғары температурадан төмен температураға ағуға мүмкіндік берілсе, қыздыруды механикалық энергияға айналдыруға болады. Бұл процесс кезінде жылудың бір бөлігі механикалық энергияға айналады (бір бөлігі жұмысты орындау үшін пайдаланылады), бір бөлігі төмен температуралы жерлерде шығарылады. Жылу қозғалтқышындағы энергия пішінін өзгерту және энергия алмасу процесі мына диаграммаға ұқсайды.

Жоғары температура (T_H) және төмен температура (T_L) машинаның жұмыс температурасы деп аталады. Q_H жоғары температурадан ағып жатқан жылу, ал Q_L төмен температуралы жерге ағатын жылу. Жоғары температурадан төмен температураға ағатын кезде, жылудың бір бөлігі механикалық энергияға айналады (жұмыс істеуге жұмсалады), ал бір бөлігі Q ретінде бөлінеді._LБарлық жылу жұмысқа (W) айнала алмайды, әрқашан бөлінетін жылу бар (Q_L). Осылайша, энергияның сақталуына негізделген Q_H = W + Q_L.

Бу қозғалтқыштары мен іштен жанатын қозғалтқыштарды қоса алғанда, бірнеше жылу қозғалтқыштары бар.

Бу қозғалтқышы

Бу қозғалтқыштары жылу тасымалдағыш ретінде су буын пайдаланады. Бу - жұмыс сұйықтығы. Бу қозғалтқыштарының екі түрі бар: ауыспалы бу қозғалтқыштары және турбиналы бу қозғалтқыштары. Бұл қозғалтқыштың дизайны әртүрлі, бірақ бұл екі типтегі бу қозғалтқыштары мұнай, газ, көмір жағу немесе ядролық энергияны пайдалану арқылы қыздырылатын буды пайдаланады.

Ішкі жану қозғалтқыштары

Мотоцикл қозғалтқыштары мен автомобиль қозғалтқыштары іштен жану қозғалтқыштарының мысалдары болып табылады. Жану процесі жабық цилиндрлердің ішінде жүретіндіктен, іштен жану қозғалтқышы деп аталады. Іштен жану қозғалтқышының болуы адиабаталық қысу және кеңею инженерлік тұжырымдамасының нәтижесі болып табылады.

Жылу қозғалтқышының тиімділігі

Жылу қозғалтқышының ПӘК-і (e) - бұл машинаның жоғары температурада (Q) жылу шығынымен орындайтын жұмысын (W) салыстыру._H).

W – алынған күшейту, ал Q_H отын сатып алуға және жағуға кеткен шығындар. Әрқашан максималды пайда мен ең аз шығынға ие болғысы келетін адамдар ретінде, біз пайданың өсуі (W) біздің жұмсайтын шығындарымызға пропорционалды деп үміттенеміз (Q_H). Бұл болуы мүмкін бе?

Энергияның сақталуына негізделген жылу (Q)_H) жұмыс (W) + бөлінетін жылу (Q)-ға тең болуы керек_L).

1-теңдеудегі W мәнін 2-теңдеудегі W мәнімен ауыстырыңыз

Бұл жылу қозғалтқышының пайдалы әсерінің теңдеуі.

1-сұрақ:

Жылу қозғалтқышы 3000 Джул (Q) жұтады._H) қыздырады, жұмыс істейді (Вт) және 2500 Джоульді (Q) жояды_L) жылу. Қозғалтқыштың жылу тиімділігін есептеңіз.

шешім

Жылу қозғалтқышының ПӘК = 17%.

2-сұрақ:

Жылу қозғалтқышы 3000 Джоуль жылуды (Q) сіңіреді._H), жұмыс істейді (W) және 2000 Джоуль жылуын (Q) жояды_L). Жылу қозғалтқышының ПӘК-ін есептеңіз.

шешім

Жылу қозғалтқышының ПӘК = 34%.

3-сұрақ:

Жылу қозғалтқышы 3000 Джоуль жылуды (Q) сіңіреді._H), жұмыс істейді (W) және 1500 Джоульге дейін жылу бөледі (Q_L). Жылу қозғалтқышының ПӘК-ін есептеңіз?

шешім

Жылу қозғалтқышының ПӘК = 50%.