Për të shpjeguar proceset termodinamike të pakthyeshme, shkencëtarët formuluan ligjin e dytë të termodinamikës. Ligji i dytë i termodinamikës shpjegon se cilat procese mund të ndodhin në univers dhe cilat nuk mund të ndodhin. Një shkencëtar i quajtur RJE Clausius (1822-1888) bëri deklaratën e mëposhtme:
Natyrisht, nxehtësia lëviz nga objektet me temperaturë të lartë në objektet me temperaturë të ulët; natyrisht, nxehtësia nuk lëviz nga objektet me temperaturë të ulët në objektet me temperaturë të lartë (ligji i dytë i termodinamikës - pohimi i Klausit).
Pohimi i Klausiusit është një nga pohimet e veçanta të ligjit të dytë të termodinamikës. Quhet pohim i veçantë sepse zbatohet vetëm për një proces, që lidhet me transferimin e nxehtësisë. Meqenëse ky pohim nuk lidhet me procese të tjera, na duhet një pohim më i përgjithshëm. Zhvillimi i një pohimi të përgjithshëm të ligjit të dytë të termodinamikës bazohet në studimin e motorëve të nxehtësisë. Prandaj, së pari diskutojmë nxehtësinë e motorit.
Motori i nxehtësisë
Pjesa më e madhe e energjisë që përdorim vjen nga energjia potenciale kimike që përmbahet në naftë, gaz, qymyr. Energjia potenciale kimike e aplikuar për t'u përdorur drejtpërdrejt duhet të digjet së pari. Zakonisht, djegia e lëndëve djegëse fosile (nafta, gazi dhe qymyri) prodhon nxehtësi. Nxehtësia mund të përdoret drejtpërdrejt për të gatuar ushqim, për të ngrohur dhomën. Për të lëvizur diçka (siç është lëvizja e një automjeti), duhet ta shndërrojmë nxehtësinë në energji kinetike ose energji mekanike (energjia mekanike = energji potenciale + energji kinetike).
Një mjet që përdor nxehtësinë për të kryer punë u zbulua në vitin 1700. Ishte një motor me avull. Motori me avull u përdor për herë të parë për të nxjerrë ujë nga një minierë qymyri.
Përdorimi i motorëve me avull është për shkak se avulli mund të lëvizë gjërat. Motorët me avull përfshijnë një motor nxehtësie (një motor nxehtësie është një mjet për shndërrimin e nxehtësisë në energji mekanike). Tani motori me avull përdoret për të gjeneruar energji elektrike. Motorët modernë të nxehtësisë janë motorë me djegie të brendshme, siç janë motorët e makinave, motorët e motoçikletave, etj.
Ideja themelore pas përdorimit të motorëve të nxehtësisë është se ngrohja mund të shndërrohet në energji mekanike nëse nxehtësisë i lejohet të rrjedhë nga temperaturat e larta në temperaturat e ulëta. Gjatë këtij procesi, një pjesë e nxehtësisë shndërrohet në energji mekanike (një pjesë e nxehtësisë përdoret për të kryer punën), një pjesë e nxehtësisë shkarkohet në vende me temperaturë të ulët. Procesi i ndryshimit të formës së energjisë dhe transferimit të energjisë në motorin e nxehtësisë duket si ky diagram.
Temperaturë e lartë (TH) dhe temperaturë të ulët (TL) quhen temperatura e funksionimit të makinës. QH është nxehtësia që rrjedh nga temperatura e lartë, ndërsa QL është nxehtësia që rrjedh në vendin me temperaturë të ulët. Kur rrjedh nga temperaturat e larta në temperatura të ulëta, një pjesë e nxehtësisë shndërrohet në energji mekanike (përdoret për të punuar), një pjesë e nxehtësisë hidhet si QLE gjithë nxehtësia nuk mund të shndërrohet në punë (W), gjithmonë ekziston nxehtësi që lirohet (QLKështu, bazuar në ruajtjen e energjisë, QH = W + QL.
Ekzistojnë disa motorë nxehtësie, duke përfshirë motorët me avull dhe motorët me djegie të brendshme.
Motorr me avull
Motorët me avull përdorin avujt e ujit si një medium për transferimin e nxehtësisë. Avulli është lëng pune. Ekzistojnë dy lloje motorësh me avull: motorët me avull me alternativë dhe motorët me avull me turbinë. Dizajni i këtij motori është i ndryshëm, por këto dy lloje motorësh me avull përdorin avull që nxehet duke djegur naftë, gaz, qymyr ose duke përdorur energji bërthamore.
Motorët me djegie të brendshme
Motorët e motoçikletave dhe motorët e makinave janë shembuj të motorëve me djegie të brendshme. Quhen motorë me djegie të brendshme sepse procesi i djegies ndodh brenda cilindrave të mbyllur. Prania e një motori me djegie të brendshme është rezultat i konceptit inxhinierik të kompresimit dhe zgjerimit adiabatik.
Efikasiteti i motorit të nxehtësisë
Efikasiteti i motorit të nxehtësisë (e) është një krahasim midis punës (W) të kryer nga makina me një hyrje nxehtësie në temperaturë të lartë (Q H ).
W është fitimi i marrë, ndërsa Q H është kostoja e shkaktuar për të blerë dhe djegur karburant. Si qenie njerëzore që gjithmonë duam të fitojmë fitimin maksimal dhe shpenzimet më të vogla, shpresojmë që rritja e fitimit (W) të jetë proporcionale me koston që shpenzojmë (Q H ). A mund të ndodhë kjo?
Bazuar në parimin e ruajtjes së energjisë, nxehtësia (Q H ) duhet të jetë e barabartë me punën (W) + nxehtësinë e shkarkuar (Q L ).
Zëvendësoni W në ekuacionin 1 me W në ekuacionin 2
Ky është ekuacioni i efikasitetit të motorit të nxehtësisë.
Pyetja 1:
Një motor nxehtësie thith 3000 xhaul (Q₂H₂ ) nxehtësi, kryen punë (W) dhe largon 2500 xhaul (Q₂L ) nxehtësi. Llogaritni efikasitetin e nxehtësisë së motorit.
Zgjidhje
Efikasiteti i motorit të nxehtësisë = 17%.
Pyetja 2:
Një motor nxehtësie thith 3000 xhaul nxehtësi (Q H ), kryen punë (W) dhe largon 2000 xhaul nxehtësi (Q L ). Llogaritni efikasitetin e motorit të nxehtësisë.
Zgjidhje
Efikasiteti i motorit të nxehtësisë = 34%.
Pyetja 3:
Një motor nxehtësie thith 3000 xhaul nxehtësi (Q H ), kryen punë (W) dhe lëshon deri në 1500 xhaul nxehtësi (Q L ). Llogaritni efikasitetin e një motori nxehtësie?
Zgjidhje
Efikasiteti i motorit të nxehtësisë = 50%.
