Термодинамикийн хоёрдугаар хуулийн тухай нийтлэл
Байгалийн бүх үйл явц зөвхөн нэг чиглэлд явагддаг боловч эсрэг чиглэлд явагдаж чадахгүй бөгөөд үүнийг эргэлт буцалтгүй үйл явц гэж нэрлэдэг. Ишнээс нь салж, газарт чөлөөтэй унасны дараа манго хэзээ ч дээшээ хөдөлдөггүй. Бидний түлхээд зогссон ном хэзээ ч бидэн рүү буцаж хөдөлдөггүй. Хэрэв бид өндөр температурт объект (халуун объект)-ыг бага температурт объект (хүйтэн объект)-той хүрвэл дулаан нь өндөр температурт объектоос бага температурт объект руу байгалийн жамаар урсдаг. Бид хэзээ ч урвуу үйл явцыг хардаггүй, дулаан нь хүйтэн объектоос халуун объект руу байгалийн жамаар шилждэг. Хэрэв энэ үйл явц явагдсан бол хүйтэн объект илүү хүйтэн болж, халуун объект илүү халуун болно. Гэвч бодит байдал дээр тийм биш юм. Бие биенээсээ ялгаатай мэт санагдах олон эргэлт буцалтгүй үйл явц байдаг боловч эдгээр нь бүгд энергийн хэлбэрийн өөрчлөлт болон нэг объектоос нөгөө объект руу энерги дамжуулахтай холбоотой байдаг.
Жишээлбэл, хүчтэй газар хөдлөлт болж барилга нурдаг (газар хөдлөлтийн долгионы энергиэс болж барилга нурдаг). Та нурсан барилгын хэсэг бүр өмнөх шигээ нийлж, босоо зогсож байхыг харж байсан уу? Эсвэл жишээлбэл, шил шалан дээр унаж хагарч... Та шалан дээр тархсан шилэн хэлтэрхий буцаж нийлж, өмнөх шигээ бүтэн шил үүсгэж байхыг харж байсан уу? Хэзээ ч болж байгаагүй... өөр олон жишээ бий.
Untuk menjelaskan proses termodinamika yang terjadi hanya pada satu arah (proses ireversibel), para ilmuwan merumuskan hukum kedua termodinamika. Hukum kedua termodinamika menjelaskan proses apa saja yang bisa terjadi di alam semesta dan proses apa saja yang tidak bisa terjadi. Salah seorang ilmuwan yang bernama R. J. E. Clausius (1822‐1888) membuat sebuah pernyataan berikut :
Дулаан нь өндөр температуртай объектоос бага температуртай объект руу өөрөө шилждэг; дулаан нь бага температуртай объектоос өндөр температуртай объект руу өөрөө шилждэггүй (Термодинамикийн хоёрдугаар хууль - Клаузуусын мэдэгдэл).
Клаузуусын мэдэгдэл нь термодинамикийн хоёрдугаар хуулийн тусгай мэдэгдэл юм. Үүнийг тусгай мэдэгдэл гэж нэрлэдэг, учир нь энэ нь зөвхөн нэг процесст, тухайлбал дулаан дамжуулалтад хамаарна. Энэ мэдэгдэл нь бусад процессуудтай холбоогүй тул бидэнд илүү ерөнхий мэдэгдэл хэрэгтэй. Термодинамикийн хоёрдугаар хуулийн ерөнхий мэдэгдлийг боловсруулах нь дулааны хөдөлгүүрийг судлахад хэсэгчлэн үндэслэсэн болно. Тиймээс бид эхлээд дулааны хөдөлгүүрийн талаар авч үзэх болно.
ДУЛААНЫ ХӨДӨЛГҮҮР
Бидний хэрэглэдэг энергийн ихэнх хэсэг нь газрын тос, хий, нүүрсэнд агуулагдах химийн потенциал энергиэс гардаг. Газрын тос, хий, нүүрсэнд агуулагдах химийн потенциал энергийг шууд ашиглах боломжгүй. Газрын тос, хий, нүүрсийг эхлээд шатаах ёстой. Ерөнхийдөө чулуужсан түлш (газрын тос, хий, нүүрс) шатаах нь дулаан ялгаруулдаг. Дулааныг хоол хийх, өрөө халаахад шууд ашиглаж болно. Ямар нэгэн зүйлийг хөдөлгөхийн тулд (жишээлбэл, тээврийн хэрэгслийг зөөхийн тулд) бид дулааныг кинетик энерги эсвэл механик энерги болгон хувиргах ёстой (механик энерги = потенциал энерги + кинетик энерги). Механик энергийг дулаан болгон хувиргах нь маш амархан ажил боловч дулааныг механик энерги болгон хувиргах нь хэцүү. Алгаа үрж үзээрэй... алга чинь халуун байна, тийм үү? Бид алгаа үрэхэд (бид ажил хийдэг) механик энерги дулаан болж хувирдаг. Энэ үйл явц маш хялбар... Ажил хийснээр хязгааргүй дулааныг ч үүсгэж болно. Гэхдээ урвуу үйл явц, тухайлбал дулааныг ашиглан ажил хийх нь хэцүү байдаг.
Дулааныг ашиглан ажил гүйцэтгэхэд ашигладаг төхөөрөмжийг 1700 онд л зохион бүтээжээ. Тухайн төхөөрөмж нь уурын хөдөлгүүр байв. Уурын хөдөлгүүрийг анх нүүрсний уурхайгаас ус шахахад ашиглаж байжээ. Эрдэмтэд дулаан нь үнэндээ температурын зөрүүнээс болж дамждаг энерги гэдгийг мэдэхээс өмнө уурын хөдөлгүүрийг анх удаа ашиглаж эхэлсэн гэдгийг тэмдэглэх нь чухал юм (термодинамикийн нэгдүгээр хууль хараахан томъёологдоогүй байсан).
Тухайн үед уурын хөдөлгүүрийг ашиглах нь уур нь зүйлсийг хөдөлгөж чаддаг болохыг харуулсан өдөр тутмын туршлага дээр үндэслэсэн байх магадлалтай. Уурын хөдөлгүүрийг дулааны хөдөлгүүр гэж үздэг (дулааны хөдөлгүүр = дулааныг механик энерги болгон хувиргах төхөөрөмж). Өнөөдөр уурын хөдөлгүүрийг цахилгаан энерги үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Орчин үеийн дулааны хөдөлгүүрүүд нь дотоод шаталтын хөдөлгүүрүүд (автомашины хөдөлгүүр, мотоциклийн хөдөлгүүр гэх мэт).
Дулааны хөдөлгүүрийг ашиглах үндсэн санаа нь дулааныг зөвхөн өндөр температуртай бүсээс бага температуртай бүс рүү урсгах тохиолдолд л механик энерги болгон хувиргаж болно гэсэн үг юм. Энэ процессын явцад дулааны зарим хэсэг нь механик энерги болж хувирдаг (дулааны зарим хэсэг нь ажил хийхэд ашиглагддаг), харин дулааны зарим хэсэг нь бага температуртай бүс рүү түлхэгддэг. Дулааны хөдөлгүүрт энерги хувиргах болон энерги дамжуулах үйл явцыг диаграммд харуулав.
Өндөр температур (TH) болон бага температур (TL)-г хөдөлгүүрийн ажиллах температур гэж нэрлэдэг. Өндөр температуртай газраас урсаж буй дулааныг Q гэж тэмдэглэнэ.H, харин бага температуртай газар ялгарч буй дулааныг Q тэмдэгээр тэмдэглэнэ.L. Өндөр температуртай газраас бага температуртай газар руу урсах үед зарим QH механик энерги болж хувирдаг (ажил хийхэд ашиглагддаг), зарим нь Q хэлбэрээр ялгардагLҮнэндээ бид бүх Q-г үнэхээр найдаж байна.H W болгон хувиргаж болох ч өдөр тутмын туршлагаас харахад энэ нь боломжгүй юм. Үргэлж тодорхой хэмжээний дулаан алдагддаг. Тиймээс энергийн хадгалалтад үндэслэн Q гэж дүгнэж болно.H = W + QL.
Одоо дулааныг механик энерги болгон хувиргахад түгээмэл хэрэглэгддэг дулааны хөдөлгүүрийг авч үзье. Бид зөвхөн тасралтгүй ажил гүйцэтгэдэг дулааны хөдөлгүүрийг авч үзэж байгааг тэмдэглэх нь чухал юм. Ажил тасралтгүй хийгдэхийн тулд дулаан өндөр температуртай бүсээс бага температуртай бүс рүү тасралтгүй урсах ёстой. Хэрэв дулаан зөвхөн нэг удаа урсдаг бол дулааны хөдөлгүүрийн гүйцэтгэсэн ажил мөн ганцхан удаа хийгдэх болно (үйлдвэрлэсэн механик энерги маш бага байх болно). Тиймээс дулааны хөдөлгүүрийг оновчтой ашиглах боломжгүй. Хэрэв дулааны хөдөлгүүр тасралтгүй ажил гүйцэтгэвэл оновчтой ашиглаж болно. Өөрөөр хэлбэл, дулааны хөдөлгүүрийн үүсгэсэн механик энерги нь ямар нэгэн зүйлийг хөдөлгөхөд ашиглахад хангалттай юм.
Уурын хөдөлгүүр
Уурын хөдөлгүүрүүд нь усны уурыг дулаан дамжуулах орчин болгон ашигладаг. Уурыг уурын хөдөлгүүрийн ажлын бодис гэж нэрлэдэг. Уурын хөдөлгүүр нь хоёр төрөл байдаг: харилцан ажилладаг уурын хөдөлгүүр ба турбины уурын хөдөлгүүр (уурын турбин). Тэдгээрийн загвар нь бага зэрэг ялгаатай боловч хоёр төрөл хоёулаа ижил төстэй байдаг: тэд газрын тос, хий, нүүрс эсвэл цөмийн энерги шатааж халаасан уурыг ашигладаг.
Харилцан эргэлттэй уурын хөдөлгүүр
Саванд байгаа усыг ихэвчлэн өндөр даралттайгаар халаадаг. Өндөр даралттайгаар халаадаг тул буцалгах процесс өндөр температурт явагддаг. Температур нь даралттай шууд пропорциональ байдаг. Уурын температур өндөр байх тусам уурын даралт ихэсдэг. Энэхүү өндөр температуртай буюу өндөр даралттай уур нь оролтын хавхлагаар дамжин поршений эсрэг тэлдэг. Тэсрэх үед уур нь поршений түлхэлтийг хийж, баруун тийш хөдөлдөг.
Уурын дулааны зарим хэсэг нь кинетик энерги болж хувирдаг. Поршен баруун тийш хөдлөхөд поршентой холбогдсон дугуй эргэлддэг (1). Хагас эргэлт хийсний дараа дугуй нь поршенийг анхны байрлал руу нь буцааж түлхдэг (2). Поршен зүүн тийш хөдлөхөд оролтын хавхлага автоматаар хаагдаж, яндангийн хавхлага автоматаар нээгддэг. Уур нь конденсатороор конденсацилагдаж, шүүдэр болж хувирдаг. Дараа нь конденсатор дахь усыг дахин буцалгахын тулд саванд буцааж шахдаг. Гэх мэт... Энэ үйл явц давтан явагддаг тул поршен баруун болон зүүн тийш тасралтгүй хөдөлдөг. Поршен баруун болон зүүн тийш тасралтгүй хөдөлдөг тул дугуй нь мөн тасралтгүй эргэлддэг. Дугуйны эргэлтийг ихэвчлэн ямар нэгэн зүйлийг хөдөлгөхөд ашигладаг.
Уурын турбин
Уурын турбины ажиллах зарчим нь үндсэндээ харилцан ажилладаг уурын хөдөлгүүртэй ижил байдаг. Ялгаа нь харилцан ажилладаг уурын хөдөлгүүр нь поршен ашигладаг бол уурын турбин нь турбин ашигладагт оршино. Харилцдаг уурын хөдөлгүүрт дулааныг эхлээд поршений шилжилтийн кинетик энерги болгон хувиргадаг. Үүний дараа поршений шилжилтийн кинетик энергийг эргэлдэгч дугуйны эргэлтийн кинетик энерги болгон хувиргадаг. Уурын турбинд дулааныг турбины эргэлтийн кинетик энерги болгон шууд хувиргадаг. Даралтын зөрүүнээс болж турбин эргэлдэж чаддаг. Ирний дээрх уурын температур нь ирний доорх уурын температураас хамаагүй өндөр байдаг. Ир нь турбины төвд байрладаг нимгэн хавтан юм. Температур нь даралттай шууд пропорциональ байдаг. Ирний дээрх уурын температур нь ирний доорх уурын температураас өндөр байдаг тул ирний дээрх уурын даралт нь ирний доорх даралтаас их байдаг. Энэ даралтын зөрүү нь уурыг ирийг доош түлхэж, турбиныг эргүүлэхэд хүргэдэг. Турбины эргэлтийн чиглэлийг зурагт үзүүлэв.
Уурын хөдөлгүүрийн ажиллах зарчим нь дээр тайлбарласан энерги дамжуулах диаграмм дээр суурилдаг гэдгийг тэмдэглэх нь чухал юм. Энэ тохиолдолд механик энергийг өндөр температуртай объект эсвэл байршлаас бага температуртай объект эсвэл байршил руу дулааныг урсгах замаар үүсгэж болно. Тиймээс уурын хөдөлгүүрт температурын зөрүү зайлшгүй шаардлагатай.
Хэрэв та поршень хэрхэн ажилладагийг анхаарч үзвэл температурын зөрүү байхгүй (конденсатор эсвэл шахуурга байхгүй) ч гэсэн поршень зүүн, баруун тийш хөдөлж чаддагийг анзаарах болно. Өндөр температур эсвэл өндөр даралттай уурын тэлэлтийн улмаас поршень баруун тийш хөдөлж чадна. Энэ тохиолдолд уурын дулааны зарим хэсэг нь поршений шилжилтийн кинетик энерги болж хувирдаг. Поршений энэхүү шилжилтийн кинетик энерги нь эргэлдэгч дугуйны эргэлтийн кинетик энерги болж хувирдаг. Хагас эргэлт хийсний дараа дугуй нь поршенийг зүүн тийш буцааж түлхдэг. Дугуй нь поршенийг зүүн тийш буцааж түлхэхэд дугуйны эргэлтийн кинетик энерги нь поршений шилжилтийн кинетик энерги болж дахин хувирдаг. Поршень зүүн тийш хөдлөхөд цилиндр дэх уурыг түлхдэг. Үүний зэрэгцээ яндангийн хавхлага нээгддэг.
Тиймээс поршений түлхсэн уур нь найзыгаа яндангийн хавхлагын доор түлхэх болно. Одоо, хэрэв яндангийн хавхлагын доорх уурын температур нь поршений түлхсэн уурын температуртай тэнцүү бол поршений бүх шилжилтийн кинетик энерги нь уурын дотоод энерги болж хувирна. Дотоод энерги нь температуртай шууд пропорциональ байна. Хэрэв уурын дотоод энерги нэмэгдвэл уурын температур нэмэгдэнэ. Температур нь даралттай шууд пропорциональ байна. Хэрэв уурын температур нэмэгдвэл уурын даралт мөн нэмэгдэнэ. Тиймээс яндангийн хавхлагаар ялгарч буй уурын даралт нь оролтын хавхлагаар орж буй уурын даралттай тэнцүү байна. Поршень баруун, зүүн тийш тасралтгүй хөдөлсөөр байх боловч ашиглаж болох нийт кинетик энерги байхгүй болно (нийт ажил үүсэхгүй). Тиймээс тэлэлтийн процессын үед поршений хүлээн авсан кинетик энерги (поршень баруун тийш хөдөлдөг) шахалтын процессын үед уур руу буцаагдана (поршень зүүн тийш хөдөлдөг).
Уурын хөдөлгүүрт температурын зөрүү зайлшгүй шаардлагатай хэвээр байна гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн. Уурын хөдөлгүүрт энэ температурын зөрүүг конденсатор ашиглан гаргаж болно. Яндангийн хавхлагын доорх уурын температур ба даралт нь цилиндр дэх уурын температур ба даралтаас хамаагүй бага байх үед поршень зүүн тийш буцаж хөдлөхөд поршень ууранд үзүүлэх даралтын хэмжээ нь поршень баруун тийш хөдлөхөд уурын поршень дээр үзүүлэх даралтын хэмжээнээс хамаагүй бага байна. Өөрөөр хэлбэл, поршень ууранд хийх ажлын хэмжээ нь уурын поршень дээр хийх ажлын хэмжээнээс хамаагүй бага байна. Тиймээс поршений кинетик энергийн зөвхөн багахан хэсэг нь ууранд буцаагдана. Ингэснээр нийт кинетик энерги буюу нийт ажил үүснэ. Энэхүү нийт кинетик энергийг ямар нэгэн зүйлийг хөдөлгөхөд ашигладаг.
Дотоод шаталтын хөдөлгүүр
Мотоцикл болон автомашины хөдөлгүүрүүд нь дотоод шаталтын хөдөлгүүрийн жишээ юм. Шаталтын процесс нь битүү цилиндр дотор явагддаг тул тэдгээрийг дотоод шаталтын хөдөлгүүр гэж нэрлэдэг. Дотоод шаталтын хөдөлгүүрүүд нь термодинамикийн нэгдүгээр хуульд тайлбарласан адиабат шахалт ба тэлэлтийн тухай ойлголтыг боловсруулсны үр дүн юм.
Бид зөвхөн бензин болон дизель түлш ашигладаг дотоод шаталтын хөдөлгүүрийг авч үзэх болно. Бензин болон дизель нь газрын тосны бүтээгдэхүүн тул химийн потенциал энергитэй байдаг. Бензин болон дизель түлшний химийн потенциал энерги нь эхлээд шаталтын процессоор дулаан болж хувирдаг. Шаталтын явцад үүссэн дулааныг дараа нь механик энерги болгон хувиргадаг. Энэхүү механик энерги нь мотоцикл эсвэл машиныг хөдөлгөх боломжийг олгодог. Бензин хөдөлгүүрийн циклийг Отто цикл гэж нэрлэдэг бол дизель хөдөлгүүрийн циклийг дизель цикл гэж нэрлэдэг. Цикл бол эргэлт буцалтгүй термодинамик процесс юм. Эхлээд Отто циклийн талаар ярилцъя.
Отто дугуй
Энэ бол дөрвөн шатлалт дотоод шаталтын хөдөлгүүрийн диаграмм юм. Поршен доошоо хөдлөхөд (оролтын цохилт) агаар ба бензиний уурын холимог карбюратороос цилиндр рүү урсдаг. Дараа нь цилиндр дэх агаар ба бензиний уурын холимог поршен дээшээ хөдлөхөд адиабатаар шахагддаг (шахалтын цохилт). Адиабатаар шахагдсан тул хольцын температур ба даралт нэмэгддэг. Үүний зэрэгцээ очлуур нь хольцыг асааж, асаадаг. Шатах үед хийн температур ба даралт нэмэгддэг. Өндөр температуртай, өндөр даралттай хий нь поршений эсрэг тэлж, доошоо түлхдэг (тэлэх цохилт). Дараа нь шатсан хий нь яндангийн хавхлагаар дамжин ялгарч, яндангийн хоолой руу чиглэгддэг (яндангийн цохилт). Оролтын хавхлага дахин нээгдэж, дөрвөн цохилт давтагдана.
Адиабат шахалтын цохилтын зорилго нь агаар-бензиний уурын хольцын температур ба даралтыг нэмэгдүүлэх явдал гэдгийг тэмдэглэх нь чухал юм. Өндөр даралттай үед шатах нь маш өндөр температур ба даралтыг үүсгэдэг. Үүний үр дүнд тэлэлтийн явцад үүссэн түлхэлт (F = PA) маш их байдаг. Энэ нь мотоцикл эсвэл автомашины хөдөлгүүрийг илүү хүчирхэг болгодог. Шахалтгүй байсан ч очлуур нь оч үүсгэхэд агаар-бензиний уурын холимог асах боломжтой. Гэсэн хэдий ч шатсан хийн температур ба даралт тийм ч өндөр биш тул үүссэн түлхэлт бас бага байдаг. Үүний үр дүнд хөдөлгүүрийн хүч багасдаг.
Дөрвөн такттай дотоод шаталтын хөдөлгүүрт энерги хувиргах болон энерги дамжуулах үйл явцыг дараах байдлаар тайлбарлаж болно: Шаталтын үед бензин дэх химийн потенциал энерги болон агаар дахь энерги нь дулаан болж хувирдаг. Дулааны зарим хэсэг нь поршений саваа болон тахир голд механик энерги болж хувирдаг бол зарим нь яндангийн хоолойгоор ялгардаг. Поршений саваа болон тахир гол дахь механик энергийн ихэнх хэсэг нь тээврийн хэрэгсэлд (тээврийн хэрэгслийг хөдөлгөх үед) механик энерги болж хувирдаг бол багахан хэсэг нь дулаан болж хувирдаг. Дулаан нь үрэлтийн үр дүнд үүсдэг.
Оттогийн мөчлөг дэх адиабат тэлэлт ба шахалтын процессыг доорх диаграммаар харуулж болно. Энэхүү диаграмм нь бензинээр ажилладаг дотоод шаталтын хөдөлгүүрт явагддаг термодинамик процессуудын идеалчилсан загварыг харуулж байна.
Агаар ба бензиний уурын холимог цилиндрт ордог (a). Дараа нь агаар ба бензиний уурын холимогийг адиабатаар шахдаг (a‐b). Цилиндрийн эзэлхүүн буурч байгааг анхаарна уу. Агаар ба бензиний уурын холимог тогтмол эзэлхүүнээр халаадаг - хольцыг шатаадаг (b‐c). Шатсан хий нь адиабат тэлэлтэд ордог (c‐d). Тогтмол эзэлхүүнээр хөргөх - шатсан хий нь яндангийн хоолой руу гадагшилж, агаар + бензиний уурын шинэ холимог цилиндрт ордог (d‐a).
Агаар ба бензиний уурын холимог цилиндрт ордог (a). Дараа нь агаар ба бензиний уурын холимогийг адиабатаар шахдаг (a‐b). Цилиндрийн эзэлхүүн буурч байгааг анхаарна уу. Агаар ба бензиний уурын холимог тогтмол эзэлхүүнээр халаадаг - хольцыг шатаадаг (b‐c). Шатсан хий нь адиабат тэлэлтэд ордог (c‐d). Тогтмол эзэлхүүнээр хөргөх - шатсан хий нь яндангийн хоолой руу гадагшилж, агаар + бензиний уурын шинэ холимог цилиндрт ордог (d‐a).
Дизель цикл
Дизель хөдөлгүүрийн ажиллах зарчим нь бензин хөдөлгүүртэй төстэй. Ялгаа нь эхний адиабат шахалтын алхамд оршино (адиабат шахалт = системд орох эсвэл гарахад цаг хугацаа шаардагдахгүй маш хурдан хийгддэг шахалт. Энэ тохиолдолд систем нь цилиндр юм). Бензин хөдөлгүүрт шахагдсан зүйл нь агаар ба бензиний уурын холимог байдаг бол дизель хөдөлгүүрт зөвхөн агаар шахагддаг. Адиабат шахалт нь агаарын температур ба даралтыг нэмэгдүүлдэг. Дараа нь форсунк буюу форсунк нь дизель түлшийг цацдаг. Агаарын температур ба даралт аль хэдийн маш өндөр байдаг тул дизель түлшийг цилиндрт цацахад дизель түлш шууд асдаг. Очлуурын залгуур шаардлагагүй. Доорх диаграммд үзүүлсэн даралтын утгыг анхаарна уу. Үүнийг Оттогийн мөчлөгийн диаграммд үзүүлсэн даралтын утгатай харьцуулна уу .
Энэ диаграмм нь дизель хөдөлгүүрийн хамгийн тохиромжтой мөчлөгийг харуулж байна. Эхлээд агаарыг адиабатаар шахаж (a-b), дараа нь тогтмол даралтаар халаана - форсунк нь дизель түлшийг шүршиж шаталт үүснэ (b-c), шатсан хий нь адиабат тэлэлтэд ордог (c-d), тогтмол эзэлхүүнээр хөрнө - шатсан хий нь яндангийн хоолойгоор гадагшилж, цэвэр агаар цилиндрт орно (d-a).
Дээрх тайлбар дээр үндэслэн дулааны хөдөлгүүр бүр үндсэндээ тодорхой ажлын бодистой байдаг гэж дүгнэж болно. Уурын хөдөлгүүрийн ажлын бодис нь ус, бензин хөдөлгүүрийн ажлын бодис нь агаар ба бензиний уур, дизель хөдөлгүүрийн ажлын бодис нь агаар ба дизель юм. Ажлын бодис нь ихэвчлэн өндөр температурт дулааныг шингээж (QH ) , ажил хийдэг (W), дараа нь бага температурт (QL) үлдсэн дулааныг ялгаруулдаг . Учир нь энерги хадгалагддаг тул QH = W + QL болно.
Дулааны хөдөлгүүрийн үр ашиг
Дулааны хөдөлгүүрийн үр ашиг (e) нь хөдөлгүүрийн хийсэн ажил (W) ба өндөр температурт оролтын дулаан (QH)-ийн харьцаа юм . Математикийн хувьд үүнийг дараах байдлаар бичиж болно:
W нь бидний авах ашиг, харин QH нь түлш худалдан авах, шатаахад гарах зардал юм . Аль болох их ашиг, аль болох бага зардал гаргахыг үргэлж хүсдэг хүмүүс бид олж буй ашиг (W) нь бидний гарах зардал (QH)-тай тэнцүү байгаасай гэж үнэхээр хүсдэг. Энэ боломжтой юу?
Эрчим хүчний хэмнэлтийн хуулиар оролтын дулаан (QH ) нь хийгдсэн ажил (W) + ялгарсан дулаан (QL)-тэй тэнцүү байх ёстой . Математикийн хувьд:
Дулааны хөдөлгүүрийн үр ашгийг хувиар илэрхийлэхийн тулд үр ашгийн тэгшитгэлийг 100%-иар үржүүлэхэд хангалттай. Дээрх үр ашгийн тэгшитгэлд үндэслэн дулааны хөдөлгүүр их дулаан ялгаруулах (Q L ) тусам үр ашиг багатай байна. Бид аль болох бага дулаан ялгаруулах (Q L ) -тэй байхыг маш их хүсч байна . Гэсэн хэдий ч дулааны оролт (Q H )-ийг ихэвчлэн газрын тос, нүүрс, хий гэх мэт (бидний төлбөр төлдөг түлш) шатаах замаар олж авдаг.
Тиймээс дулааны хөдөлгүүр бүрийг аль болох үр ашигтай байхаар зохион бүтээсэн байдаг. Бид аль болох бага зардлаар хамгийн их ашиг хүртэхийг хүсдэг ч бодит байдал дээр уурын хөдөлгүүр нь ихэвчлэн 40% орчим үр ашигтай байдаг бол дотоод шаталтын хөдөлгүүр нь 50% орчим байдаг. Энэ нь түлш шатаах замаар үүссэн дулааны тал хувь нь үр ашиггүй болдог гэсэн үг юм. Зөвхөн тал хувь нь механик энерги болж хувирдаг.
Жишээ асуулт 1:
Дулааны хөдөлгүүр нь 3000 Жоуль дулаан (QH) шингээж , ажил гүйцэтгэж (W), 2500 Жоуль дулаан (QL) ялгаруулдаг . Дулааны хөдөлгүүрийн үр ашиг хэд вэ?
Хэлэлцүүлэг
Жишээ асуулт 2:
Дулааны хөдөлгүүр нь 3000 Жоуль дулаан (QH) шингээж , ажил гүйцэтгэж (W), 2000 Жоуль дулаан (QL) ялгаруулдаг . Дулааны хөдөлгүүрийн үр ашиг хэд вэ?
Хэлэлцүүлэг
Жишээ асуулт 3:
Дулааны хөдөлгүүр нь 3000 Жоуль дулаан (QH) шингээж , ажил гүйцэтгэж (W), 1500 Жоуль дулаан (QL) ялгаруулдаг . Дулааны хөдөлгүүрийн үр ашиг хэд вэ?
Хэлэлцүүлэг
