Кайтарылгыс термодинамикалык процесстерди түшүндүрүү үчүн окумуштуулар термодинамиканын экинчи мыйзамын түзүшкөн. Термодинамиканын экинчи мыйзамы ааламда кандай процесстер болушу мүмкүн жана кандай процесстер болушу мүмкүн эместигин түшүндүрөт. Р.Ж.Е. Клаузиус (1822-1888) аттуу окумуштуу төмөнкүдөй билдирүү жасаган:
Албетте, жылуулук жогорку температурадагы нерселерден төмөнкү температурадагы нерселерге өтөт; албетте, жылуулук төмөнкү температурадагы нерселерден жогорку температурадагы нерселерге өтпөйт (Термодинамиканын экинчи мыйзамы — Клаузиустун билдирүүсү).
Клаузиустун билдирүүсү термодинамиканын экинчи мыйзамынын атайын билдирүүлөрдүн бири болуп саналат. Ал атайын билдирүү деп аталат, анткени ал жылуулук алмашууга байланыштуу бир гана процесске тиешелүү. Бул билдирүү башка процесстерге тиешеси жок болгондуктан, бизге жалпыраак билдирүү керек. Термодинамиканын экинчи мыйзамынын жалпы билдирүүсүн иштеп чыгуу жылуулук кыймылдаткычтарын изилдөөгө негизделген. Ошондуктан, биз алгач кыймылдаткычтын ысыгын талкуулайбыз.
Жылуулук кыймылдаткычы
Биз колдонгон энергиянын көпчүлүгү мунай, газ, көмүрдөгү химиялык потенциалдык энергиядан келип чыгат. Түздөн-түз пайдалануу үчүн колдонулган химиялык потенциалдык энергия алгач күйгүзүлүшү керек. Адатта, казылып алынган отунду (мунай, газ жана көмүр) күйгүзүү жылуулукту пайда кылат. Жылуулук түздөн-түз тамак бышыруу, бөлмөнү жылытуу үчүн колдонулушу мүмкүн. Бир нерсени жылдыруу үчүн (мисалы, унааны жылдыруу), биз жылуулукту кинетикалык энергияга же механикалык энергияга айландырышыбыз керек (механикалык энергия = потенциалдык энергия + кинетикалык энергия).
1700-жылы жылуулукту колдонуп жумуш аткаруучу курал табылган. Ал буу машинасы болгон. Буу машинасы алгач көмүр шахтасынан сууну сордуруп алуу үчүн колдонулган.
Буу кыймылдаткычтарын колдонуу буу нерселерди жылдыра алгандыктан келип чыгат. Буу кыймылдаткычтарына жылуулук кыймылдаткычы кирет (жылуулук кыймылдаткычы - жылуулукту механикалык энергияга айландыруу куралы). Азыр буу кыймылдаткычы электр энергиясын өндүрүү үчүн колдонулат. Заманбап жылуулук кыймылдаткычтары - бул автомобиль кыймылдаткычтары, мотоцикл кыймылдаткычтары ж.б. сыяктуу ички күйүүчү кыймылдаткычтар.
Жылуулук кыймылдаткычтарын колдонуунун негизги идеясы, эгерде жылуулук жогорку температурадан төмөнкү температурага өтсө, жылытууну механикалык энергияга айландырууга болот. Бул процессте жылуулуктун бир бөлүгү механикалык энергияга айланат (бир бөлүгү жумушту аткарууга жумшалат), бир бөлүгү төмөнкү температурадагы жерлерде бөлүнүп чыгат. Жылуулук кыймылдаткычындагы энергиянын формасын өзгөртүү жана энергияны өткөрүп берүү процесси бул диаграммага окшош.
Жогорку температура (TH) жана төмөнкү температура (TL) машинанын иштөө температурасы деп аталат. QH жогорку температурадан агып чыккан жылуулук, ал эми QL жылуулук төмөн температурадагы жерге агып жатат. Жогорку температурадан төмөнкү температурага агып өткөндө, жылуулуктун бир бөлүгү механикалык энергияга айланат (иштетүү үчүн колдонулат), ал эми бир бөлүгү Q катары чыгарылат.LБардык жылуулук жумушка (W) айландырылбайт, ар дайым бөлүнүп чыккан жылуулук бар (QL). Ошентип, энергиянын сакталуу законуна негизделгенде, QH = W + QL.
Буу кыймылдаткычтары жана ичинен күйүүчү кыймылдаткычтар сыяктуу бир нече жылуулук кыймылдаткычтары бар.
SteamEngine
Буу кыймылдаткычтары жылуулук өткөргүч катары суу буусун колдонушат. Буу - жумушчу суюктук. Буу кыймылдаткычтарынын эки түрү бар: алмашып иштөөчү буу кыймылдаткычтары жана турбиналык буу кыймылдаткычтары. Бул кыймылдаткычтын дизайны ар башка, бирок бул эки типтеги буу кыймылдаткычтары мунай, газ, көмүр жагуу же ядролук энергияны колдонуу менен ысытылган бууну колдонушат.
Ички күйүүчү кыймылдаткычтар
Мотоцикл жана жеңил унаа кыймылдаткычтары ички күйүүчү кыймылдаткычтардын мисалдары болуп саналат. Күйүү процесси жабык цилиндрлердин ичинде жүрүүчүдүктөн, ички күйүүчү кыймылдаткыч деп аталат. Ички күйүүчү кыймылдаткычтын болушу адиабаттык кысуу жана кеңейүү инженердик концепциясынын натыйжасы болуп саналат.
Жылуулук кыймылдаткычынын натыйжалуулугу
Жылуулук кыймылдаткычынын эффективдүүлүгү (e) - бул машина тарабынан аткарылган жумуштун (W) жогорку температурада (QH) жылуулук берүү менен салыштырылышы.
W – алынган пайда, ал эми Q H – отун сатып алууга жана күйгүзүүгө кеткен чыгым. Ар дайым максималдуу пайда жана эң аз чыгым алууну каалаган адамдар катары, биз пайданын өсүшү (W) биз сарптаган чыгымга (Q H ) пропорционалдуу болот деп үмүттөнөбүз. Бул болушу мүмкүнбү?
Энергиянын сакталуу законуна таянып, жылуулук (QH ) жумушка (W) + бөлүнүп чыккан жылуулукка (QL) барабар болушу керек.
1-теңдемедеги Wди 2-теңдемедеги W менен алмаштырыңыз
Бул жылуулук кыймылдаткычынын эффективдүүлүгүнүн теңдемеси.
Суроо 1 :
Жылуулук кыймылдаткычы 3000 Джоул (QH) жылуулукту сиңирип алат , жумуш аткарат (W) жана 2500 Джоул (QL) жылуулукту бөлүп чыгарат . Кыймылдаткычтын жылуулук эффективдүүлүгүн эсептегиле.
чечим
Жылуулук кыймылдаткычынын эффективдүүлүгү = 17%.
Суроо 2 :
Жылуулук кыймылдаткычы 3000 Джоул жылуулукту сиңирип алат (QH ) , жумуш аткарат (W) жана 2000 Джоул жылуулукту бөлүп чыгарат (QL ) . Жылуулук кыймылдаткычынын ПЭКин эсептегиле.
чечим
Жылуулук кыймылдаткычынын эффективдүүлүгү = 34%.
Суроо 3 :
Жылуулук кыймылдаткычы 3000 Джоул жылуулукту сиңирип алат (QH ) , жумуш аткарат (W) жана 1500 Джоул жылуулукка чейин бөлүп чыгарат (QL ) . Жылуулук кыймылдаткычынын ПЭКин эсептегиле?
чечим
Жылуулук кыймылдаткычынын эффективдүүлүгү = 50%.
