Makala kuhusu Sheria ya Pili ya Thermodynamics
Michakato yote ya asili hutokea katika mwelekeo mmoja tu lakini haiwezi kutokea katika mwelekeo kinyume, ambao kwa kawaida hujulikana kama michakato isiyoweza kurekebishwa. Baada ya kutolewa kutoka kwenye shina lake na kuanguka chini kwa uhuru, embe halisongi tena juu. Kitabu tunachosukuma kisha kusimama hakisongi tena kuelekea kwetu. Tukigusa kitu chenye joto la juu (kitu chenye joto la chini) na kitu chenye joto la chini (kitu chenye baridi), joto hutiririka kiasili kutoka kwa kitu chenye joto la juu hadi kitu chenye joto la chini. Hatuoni kamwe mchakato kinyume, ambapo joto husogea kiasili kutoka kwa kitu chenye baridi hadi kitu chenye joto la chini. Ikiwa mchakato huu ungetokea, basi kitu chenye baridi kingekuwa baridi zaidi, huku kitu chenye joto kingekuwa moto zaidi. Lakini kwa kweli, sivyo ilivyo. Kuna michakato mingi isiyoweza kurekebishwa ambayo inaonekana tofauti, lakini yote yanahusisha mabadiliko katika umbo la nishati na uhamisho wa nishati kutoka kwa kitu kimoja hadi kingine.
Kwa mfano, kuna tetemeko la ardhi lenye nguvu linalosababisha majengo kuanguka (majengo huanguka kutokana na nishati inayobebwa na mawimbi ya tetemeko la ardhi). Je, umewahi kuona kila sehemu ya jengo lililoanguka ikirudi pamoja na kusimama wima kama ilivyokuwa hapo awali? Au, kwa mfano, kioo huanguka sakafuni na kuvunjika... Je, umewahi kuona vipande vya kioo vilivyotawanyika sakafuni vikirudi pamoja na kuunda kioo ambacho ni kizima kama ilivyokuwa hapo awali? Haijawahi kutokea... kuna mifano mingine mingi.
Ili kuelezea michakato ya thermodynamic inayotokea katika mwelekeo mmoja tu (michakato isiyoweza kurekebishwa), wanasayansi waliunda sheria ya pili ya thermodynamics. Sheria ya pili ya thermodynamics inaelezea ni michakato gani inaweza kutokea katika ulimwengu na ni michakato gani haiwezi kutokea. Mwanasayansi mmoja anayeitwa R.J.E. Clausius (1822–1888) alitoa kauli ifuatayo:
Joto husogea lenyewe kutoka kwa kitu chenye joto la juu hadi kitu chenye joto la chini; joto halitasogea lenyewe kutoka kwa kitu chenye joto la chini hadi kitu chenye joto la juu (Sheria ya pili ya thermodynamics - Kauli ya Clausius).
Kauli ya Clausius ni kauli maalum ya sheria ya pili ya thermodynamics. Inaitwa kauli maalum kwa sababu inatumika kwa mchakato mmoja tu, yaani uhamishaji wa joto. Kwa sababu kauli hii haihusiani na michakato mingine, tunahitaji kauli ya jumla zaidi. Ukuzaji wa kauli ya jumla ya sheria ya pili ya thermodynamics ulitegemea kwa kiasi fulani utafiti wa injini za joto. Kwa hivyo, tutajadili injini za joto kwanza.
INJINI YA JOTO
Nishati nyingi tunazotumia hutokana na nishati ya kemikali inayopatikana katika mafuta ya petroli, gesi, na makaa ya mawe. Nishati ya kemikali inayopatikana katika mafuta ya petroli, gesi, au makaa ya mawe haiwezi kutumika moja kwa moja. Petroli, gesi, au makaa ya mawe lazima ichomwe kwanza. Kwa kawaida, kuchoma mafuta ya visukuku (petroli, gesi, na makaa ya mawe) hutoa joto. Joto linaweza kutumika moja kwa moja kupika chakula na kupasha joto chumba. Ili kuhamisha kitu (kwa mfano, kuhamisha gari), lazima tubadilishe joto kuwa nishati ya kinetiki au nishati ya mitambo (nishati ya mitambo = nishati inayopatikana + nishati ya kinetiki). Kubadilisha nishati ya mitambo kuwa joto ni kazi rahisi sana, lakini kubadilisha joto kuwa nishati ya mitambo ni vigumu. Jaribu kusugua viganja vyako pamoja… viganja vyako vina joto, sivyo? Tunaposugua viganja vyetu pamoja (tunafanya kazi), nishati ya mitambo hubadilishwa kuwa joto. Mchakato ni rahisi sana… Hata joto lisilo na kikomo linaweza kuzalishwa kwa kufanya kazi. Lakini mchakato wa kinyume, yaani kutumia joto kufanya kazi, ni mgumu.
Kifaa kilichotumika kuunganisha joto kufanya kazi kilibuniwa tu mwaka wa 1700. Kifaa husika kilikuwa injini ya mvuke. Injini za mvuke zilitumika kwa mara ya kwanza kusukuma maji kutoka kwenye migodi ya makaa ya mawe. Ni muhimu kutambua kwamba matumizi ya kwanza ya injini za mvuke yalitokea kabla wanasayansi hawajajua kwamba joto ni nishati inayohamishwa kutokana na tofauti za halijoto (sheria ya kwanza ya thermodynamics haikuwa imeandaliwa bado).
Matumizi ya injini za mvuke wakati huo yanawezekana yalitokana na uzoefu wa kila siku unaoonyesha kwamba mvuke ungeweza kusogeza vitu. Injini za mvuke huchukuliwa kama injini za joto (injini ya joto = kifaa cha kubadilisha joto kuwa nishati ya mitambo). Leo, injini za mvuke hutumika kutoa nishati ya umeme. Injini za kisasa za joto ni injini za mwako wa ndani (injini za magari, injini za pikipiki, n.k.).
Wazo la msingi la kutumia injini ya joto ni kwamba joto linaweza kubadilishwa kuwa nishati ya mitambo tu ikiwa linaruhusiwa kutiririka kutoka eneo lenye joto la juu hadi eneo lenye joto la chini. Wakati wa mchakato huu, baadhi ya joto hubadilishwa kuwa nishati ya mitambo (baadhi ya joto hutumika kufanya kazi), huku baadhi ya joto likikataliwa hadi eneo lenye joto la chini. Mchakato wa ubadilishaji wa nishati na uhamishaji wa nishati katika injini ya joto umeonyeshwa kwenye mchoro.
Joto la juu (T)H) na halijoto ya chini (TL) pia huitwa halijoto ya uendeshaji wa injini. Joto linalotiririka kutoka mahali pa joto la juu hupewa alama QH, huku joto linalotolewa hadi mahali pa joto la chini likipewa alama QL. Wakati wa mtiririko kutoka mahali pa joto la juu hadi mahali pa joto la chini, baadhi ya QH ikibadilishwa kuwa nishati ya mitambo (inayotumika kufanya kazi), baadhi yake hutolewa kama QLKwa kweli tunatumaini kwamba Q zoteH inaweza kubadilishwa kuwa W, lakini uzoefu wa kila siku unaonyesha kwamba hili haliwezekani. Daima kuna joto linalopotea. Hivyo, kulingana na uhifadhi wa nishati, inaweza kuhitimishwa kwamba QH = W + QL.
Sasa hebu tupitie injini ya joto inayotumika sana kubadilisha joto kuwa nishati ya mitambo. Ni muhimu kutambua kwamba tunazingatia tu injini za joto zinazofanya kazi endelevu. Ili kazi ifanyike mfululizo, joto lazima litiririke mfululizo kutoka eneo lenye joto la juu hadi eneo lenye joto la chini. Ikiwa joto litatiririka mara moja tu, kazi inayofanywa na injini ya joto pia itafanywa mara moja tu (nishati ya mitambo inayozalishwa itakuwa ndogo sana). Kwa hivyo, injini ya joto haiwezi kutumika vyema. Injini ya joto inaweza kutumika vyema ikiwa inafanya kazi mfululizo. Kwa maneno mengine, nishati ya mitambo inayozalishwa na injini ya joto inatosha kutumika kusogeza kitu.
Injini ya mvuke
Injini za mvuke hutumia mvuke wa maji kama njia ya kuhamisha joto. Mvuke hujulikana kama dutu inayofanya kazi ya injini ya mvuke. Kuna aina mbili za injini za mvuke: injini za mvuke zinazobadilishana na injini za mvuke za turbine (turbine za mvuke). Miundo yao hutofautiana kidogo, lakini aina zote mbili zinafanana: hutumia mvuke unaopashwa joto kwa kuchoma mafuta, gesi, makaa ya mawe, au nishati ya nyuklia.
Injini ya mvuke ya aina ya kurudiana
Maji kwenye chombo kwa kawaida hupashwa joto kwa shinikizo la juu. Kwa sababu hupashwa joto kwa shinikizo la juu, mchakato wa kuchemsha hutokea kwa joto la juu. Halijoto hulingana moja kwa moja na shinikizo. Kadiri halijoto ya mvuke inavyokuwa juu, ndivyo shinikizo la mvuke linavyokuwa kubwa zaidi. Mvuke huu wa joto la juu au shinikizo la juu hupita kupitia vali ya kuingiza na kupanuka dhidi ya pistoni. Kadiri inavyopanuka, mvuke husukuma pistoni, na kusababisha isogee kulia.
Baadhi ya joto kwenye mvuke hubadilishwa kuwa nishati ya kinetiki. Pistoni inaposogea kulia, gurudumu lililounganishwa na pistoni huzunguka (1). Baada ya nusu mzunguko, gurudumu husukuma pistoni kurudi kwenye nafasi yake ya asili (2). Pistoni inaposogea kushoto, vali ya kuingiza hufunga kiotomatiki, huku vali ya kutolea moshi ikifunguka kiotomatiki. Mvuke hugandamizwa na kondensa, na kugeuka kuwa umande. Kisha, maji kwenye kondensa husukumwa tena kwenye chombo ili kuchemshwa tena. Na kadhalika… Kwa sababu mchakato hutokea mara kwa mara, pistoni husogea kulia na kushoto mfululizo. Kwa sababu pistoni husogea kulia na kushoto mfululizo, gurudumu pia huzunguka mfululizo. Mzunguko wa gurudumu kawaida hutumika kusogeza kitu.
Turbine ya mvuke
Kanuni ya utendaji kazi wa turbine ya mvuke kimsingi ni sawa na ile ya injini ya mvuke inayorudia. Tofauti ni kwamba injini ya mvuke inayorudia hutumia pistoni, huku turbine ya mvuke ikitumia turbine. Katika injini ya mvuke inayorudia, joto hubadilishwa kwanza kuwa nishati ya kinetiki ya tafsiri ya pistoni. Baada ya hapo, nishati ya kinetiki ya tafsiri ya pistoni hubadilishwa kuwa nishati ya kinetiki ya mzunguko wa gurudumu linalozunguka. Katika turbine ya mvuke, joto hubadilishwa moja kwa moja kuwa nishati ya kinetiki ya mzunguko wa turbine. Turbine inaweza kuzunguka kutokana na tofauti ya shinikizo. Halijoto ya mvuke juu ya blade ni kubwa zaidi kuliko halijoto ya mvuke chini ya blade. Blade ni bamba jembamba lililoko katikati ya turbine. Halijoto ni sawa moja kwa moja na shinikizo. Kwa sababu halijoto ya mvuke juu ya blade ni kubwa kuliko halijoto ya mvuke chini ya blade, shinikizo la mvuke juu ya blade ni kubwa kuliko shinikizo chini ya blade. Tofauti hii ya shinikizo husababisha mvuke kusukuma blade chini, na kusababisha turbine kuzunguka. Mwelekeo wa mzunguko wa turbine umeonyeshwa kwenye mchoro.
Ni muhimu kutambua kwamba kanuni ya utendaji kazi wa injini ya mvuke inategemea mchoro wa uhamishaji wa nishati ulioelezwa hapo juu. Katika hali hii, nishati ya mitambo inaweza kuzalishwa kwa kuruhusu joto kutiririka kutoka kwa kitu au eneo lenye halijoto ya juu hadi kwenye kitu au eneo lenye halijoto ya chini. Kwa hivyo, tofauti ya halijoto ni muhimu katika injini ya mvuke.
Ukizingatia jinsi injini ya mvuke inayorudiana inavyofanya kazi, utaona kwamba pistoni bado inaweza kusogea kushoto na kulia ingawa hakuna tofauti ya halijoto (hakuna kondensa au pampu). Pistoni inaweza kusogea kulia kutokana na upanuzi wa mvuke wa halijoto ya juu au shinikizo la juu. Katika hali hii, baadhi ya joto kwenye mvuke hubadilishwa kuwa nishati ya kinetiki ya tafsiri ya pistoni. Nishati hii ya kinetiki ya tafsiri ya pistoni kisha hubadilika kuwa nishati ya kinetiki ya mzunguko wa gurudumu linalozunguka. Baada ya kukamilisha mzunguko wa nusu, gurudumu husukuma pistoni nyuma kushoto. Gurudumu linaposukuma pistoni nyuma kushoto, nishati ya kinetiki ya mzunguko wa gurudumu hubadilishwa tena kuwa nishati ya kinetiki ya tafsiri ya pistoni. Pistoni inaposogea kushoto, husukuma mvuke nje kwenye silinda. Wakati huo huo, vali ya kutolea moshi hufunguka.
Kwa hivyo, mvuke unaosukumwa na pistoni utamsukuma rafiki yake chini ya vali ya kutolea moshi. Sasa, ikiwa halijoto ya mvuke chini ya vali ya kutolea moshi ni sawa na halijoto ya mvuke unaosukumwa na pistoni, basi nishati yote ya kinetiki ya tafsiri ya pistoni itabadilishwa kuwa nishati ya ndani ya mvuke. Nishati ya ndani ni sawa na halijoto. Ikiwa nishati ya ndani ya mvuke itaongezeka, halijoto ya mvuke huongezeka. Halijoto ni sawa na shinikizo. Ikiwa halijoto ya mvuke itaongezeka, shinikizo la mvuke pia huongezeka. Kwa hivyo, shinikizo la mvuke linalotolewa kupitia vali ya kutolea moshi ni sawa na shinikizo la mvuke unaoingia kupitia vali ya kuingiza. Pistoni itaendelea kusogea kulia na kushoto mfululizo lakini hakutakuwa na nishati ya kinetiki kamili inayoweza kutumika (hakuna kazi kamili inayozalishwa). Kwa hivyo nishati ya kinetiki inayopokelewa na pistoni wakati wa mchakato wa upanuzi (pistoni husogea kulia) itarudishwa kwenye mvuke wakati wa mchakato wa kubana (pistoni husogea kushoto).
Imehitimishwa kwamba tofauti ya halijoto katika injini ya mvuke bado ni muhimu. Tofauti hii ya halijoto katika injini ya mvuke inaweza kupatikana kwa kutumia kondensa. Wakati halijoto na shinikizo la mvuke chini ya vali ya kutolea moshi ni chini sana kuliko halijoto na shinikizo la mvuke kwenye silinda, basi pistoni inaporudi kushoto, kiasi cha shinikizo ambalo pistoni hutoa kwenye mvuke ni kidogo sana kuliko kiasi cha shinikizo ambalo mvuke hutoa kwenye pistoni wakati pistoni inaposogea kulia. Kwa maneno mengine, kiasi cha kazi ambacho pistoni hufanya kwenye mvuke ni kidogo sana kuliko kiasi cha kazi ambacho mvuke hufanya kwenye pistoni. Kwa hivyo ni sehemu ndogo tu ya nishati ya kinetiki ya pistoni inayorudishwa kwenye mvuke. Hivyo, kutakuwa na nishati ya kinetiki kamili au kazi yote inayozalishwa. Nishati hii ya kinetiki kamili hutumika kusogeza kitu.
Injini ya Mwako wa Ndani
Injini za pikipiki na magari ni mifano ya injini za mwako wa ndani. Zinaitwa injini za mwako wa ndani kwa sababu mchakato wa mwako hutokea ndani ya silinda iliyofungwa. Injini za mwako wa ndani ni matokeo ya uhandisi wa dhana ya mgandamizo na upanuzi wa adiabatic, iliyoelezwa katika sheria ya kwanza ya thermodynamics.
Tutazingatia tu injini za mwako wa ndani zinazotumia petroli na dizeli kama mafuta. Petroli na dizeli ni bidhaa za petroli, na kwa hivyo zina nishati ya kemikali. Nishati ya kemikali katika petroli na dizeli hubadilishwa kwanza kuwa joto kupitia mchakato wa mwako. Joto linalozalishwa kupitia mwako kisha hubadilishwa kuwa nishati ya mitambo. Nishati hii ya mitambo ndiyo inayoruhusu pikipiki au gari kusonga. Mzunguko katika injini ya petroli huitwa mzunguko wa Otto, huku mzunguko katika injini ya dizeli ukiitwa mzunguko wa dizeli. Mzunguko ni mchakato wa thermodynamic unaoweza kubadilishwa. Hebu kwanza tujadili mzunguko wa Otto.
Mzunguko wa Otto
Huu ni mchoro wa injini ya mwako wa ndani yenye viharusi vinne. Mchanganyiko wa hewa na mvuke wa petroli hutiririka kutoka kwenye kabureta hadi kwenye silinda huku pistoni ikishuka chini (kiharusi cha kuingiza). Mchanganyiko wa hewa na mvuke wa petroli kwenye silinda hubanwa adiabati huku pistoni ikipanda juu (kiharusi cha kuingiza). Kwa sababu hubanwa adiabati, halijoto na shinikizo la mchanganyiko huongezeka. Wakati huo huo, plagi ya cheche huwasha mchanganyiko, na kuuwasha. Unapowaka, halijoto na shinikizo la gesi huongezeka. Gesi yenye halijoto ya juu na shinikizo la juu hupanuka dhidi ya pistoni, na kuisukuma chini (kiharusi cha upanuzi). Gesi iliyochomwa kisha hutolewa kupitia vali ya kutolea moshi na kuelekezwa kuelekea bomba la kutolea moshi (kiharusi cha kuingiza moshi). Vali ya kuingiza hufunguka tena, na viharusi vinne hurudiwa.
Ni muhimu kutambua kwamba madhumuni ya kiharusi cha mgandamizo wa adiabatic ni kuongeza halijoto na shinikizo la mchanganyiko wa mvuke wa hewa-petroli. Mwako katika shinikizo la juu hutoa halijoto na shinikizo la juu sana. Kwa hivyo, msukumo (F = PA) unaozalishwa wakati wa mchakato wa upanuzi ni mkubwa sana. Hii husababisha injini ya pikipiki au gari kuwa na nguvu zaidi. Hata bila mgandamizo, mchanganyiko wa mvuke wa hewa-petroli unaweza kuwaka wakati plagi ya cheche inapotoa cheche. Hata hivyo, halijoto na shinikizo la gesi inayowaka si kubwa sana, kwa hivyo msukumo unaotokana pia ni mdogo. Matokeo yake, injini inakuwa na nguvu kidogo.
Mchakato wa mabadiliko ya nishati na uhamishaji wa nishati katika injini ya mwako wa ndani ya viharusi vinne unaweza kuelezewa kama ifuatavyo: Wakati wa mwako, nishati inayowezekana ya kemikali katika petroli na nishati iliyo hewani hubadilishwa kuwa joto. Baadhi ya joto hubadilishwa kuwa nishati ya mitambo katika fimbo ya pistoni na crankshaft, huku baadhi ikitolewa kupitia bomba la kutolea moshi. Nishati nyingi ya mitambo katika fimbo ya pistoni na crankshaft hubadilishwa kuwa nishati ya mitambo katika gari (kuhamisha gari), huku sehemu ndogo ikibadilishwa kuwa joto. Joto huzalishwa na msuguano.
Mchakato wa upanuzi na mgandamizo wa adiabatic katika mzunguko wa Otto unaweza kuonyeshwa na mchoro ulio hapa chini. Mchoro huu unaonyesha kielelezo bora cha michakato ya thermodynamic inayotokea katika injini ya mwako wa ndani inayotumia petroli.
Mchanganyiko wa hewa na mvuke wa petroli huingia kwenye silinda (a). Mchanganyiko wa hewa na mvuke wa petroli hubanwa kwa njia ya adiabatiki (a‐b). Kumbuka kwamba ujazo wa silinda hupungua. Mchanganyiko wa hewa na mvuke wa petroli hupashwa joto kwa ujazo usiobadilika - mchanganyiko huo huchomwa (b‐c). Gesi iliyochomwa hupitia upanuzi wa adiabatiki (c‐d). Ikipoa kwa ujazo usiobadilika - gesi iliyochomwa hutolewa kwenye bomba la kutolea moshi na mchanganyiko mpya wa hewa + mvuke wa petroli huingia kwenye silinda (d‐a).
Mchanganyiko wa hewa na mvuke wa petroli huingia kwenye silinda (a). Mchanganyiko wa hewa na mvuke wa petroli hubanwa kwa njia ya adiabatiki (a‐b). Kumbuka kwamba ujazo wa silinda hupungua. Mchanganyiko wa hewa na mvuke wa petroli hupashwa joto kwa ujazo usiobadilika - mchanganyiko huo huchomwa (b‐c). Gesi iliyochomwa hupitia upanuzi wa adiabatiki (c‐d). Ikipoa kwa ujazo usiobadilika - gesi iliyochomwa hutolewa kwenye bomba la kutolea moshi na mchanganyiko mpya wa hewa + mvuke wa petroli huingia kwenye silinda (d‐a).
Mzunguko wa Dizeli
Kanuni ya utendaji kazi wa injini ya dizeli ni sawa na ile ya injini ya petroli. Tofauti iko katika hatua ya awali ya mgandamizo wa adiabatic (mgandamizo wa adiabatic = mgandamizo unaofanywa haraka sana kiasi kwamba joto halina muda wa kuingia au kutoka kwenye mfumo. Katika hali hii mfumo ni silinda). Ukiwa kwenye injini ya petroli, kinachobanwa ni mchanganyiko wa hewa na mvuke wa petroli, katika injini ya dizeli pekee hewa hubanwa. Mgandamizo wa adiabatic husababisha halijoto na shinikizo la hewa kuongezeka. Kisha, kiingizaji, au kiingizaji, hunyunyizia dizeli. Kwa sababu halijoto na shinikizo la hewa tayari ni kubwa sana, dizeli inaponyunyiziwa kwenye silinda, dizeli huwaka mara moja. Hakuna haja ya kuziba cheche. Kumbuka thamani ya shinikizo inayoonyeshwa kwenye mchoro hapa chini. Linganisha na thamani ya shinikizo inayoonyeshwa kwenye mchoro wa mzunguko wa Otto.
Mchoro huu unaonyesha mzunguko bora wa dizeli. Hapo awali, hewa hubanwa kwa njia ya adiabatiki (a-b), kisha hupashwa joto kwa shinikizo lisilobadilika - sindano hunyunyizia dizeli na mwako hutokea (b-c), gesi iliyochomwa hupitia upanuzi wa adiabatiki (c-d), hupoa kwa ujazo usiobadilika - gesi iliyochomwa hutolewa kupitia bomba la kutolea moshi na hewa safi huingia kwenye silinda (d-a).
Kulingana na maelezo hapo juu, inaweza kuhitimishwa kwamba kila injini ya joto kimsingi ina dutu maalum ya kufanya kazi. Dutu inayofanya kazi kwa injini ya mvuke ni maji, dutu inayofanya kazi kwa injini ya petroli ni hewa na mvuke wa petroli, dutu inayofanya kazi kwa injini ya dizeli ni hewa na dizeli. Dutu inayofanya kazi kwa kawaida hunyonya joto kwenye halijoto ya juu (Q H ), hufanya kazi ( W), kisha hutoa joto lililobaki kwenye halijoto ya chini (Q L ). Kwa sababu nishati huhifadhiwa, basi Q H = W + Q L.
Ufanisi wa Injini ya Joto
Ufanisi (e) wa injini ya joto ni uwiano kati ya kazi (W) inayofanywa na injini na uingizaji wa joto kwenye halijoto ya juu (Q H ). Kihisabati, inaweza kuandikwa hivi:
W ni faida tunayopokea, huku QH ikiwa ni gharama tunayopata kununua na kuchoma mafuta. Kama wanadamu ambao kila wakati wanataka kupata faida kubwa zaidi na matumizi madogo zaidi iwezekanavyo, tunatumaini kweli kwamba faida tunayopata (W) inalingana na gharama tunayopata (QH). Je, hilo linawezekana?
Kulingana na uhifadhi wa nishati, joto la kuingiza (Q H ) lazima liwe sawa na kazi (W) iliyofanywa + joto lililotolewa (Q L ). Kihisabati:
Ili kuelezea ufanisi wa injini ya joto kama asilimia, zidisha tu mlinganyo wa ufanisi kwa 100%. Kulingana na mlinganyo wa ufanisi hapo juu, kadiri joto linavyokataliwa zaidi (Q L ) na injini ya joto, ndivyo linavyokuwa na ufanisi mdogo. Tungependa sana kuwa na joto dogo linalokataliwa (Q L ) iwezekanavyo. Hata hivyo, ingizo la joto (Q H ) kwa kawaida hupatikana kwa kuchoma mafuta, makaa ya mawe, gesi, n.k. (mafuta tunayolipia).
Kwa hivyo, kila injini ya joto imeundwa kimsingi ili iwe na ufanisi iwezekanavyo. Ingawa tunatamani faida kubwa zaidi kutokana na matumizi madogo iwezekanavyo, ukweli ni kwamba injini za mvuke kwa kawaida huwa na ufanisi wa takriban 40%, huku injini za mwako wa ndani zikiwa na ufanisi wa takriban 50%. Hii ina maana kwamba nusu ya joto linalozalishwa na mafuta yanayoungua hupotea. Nusu pekee hubadilishwa kuwa nishati ya mitambo.
Mfano wa swali la 1:
Injini ya joto hunyonya Jouli 3000 za joto (Q H ), hufanya kazi (W) na kutoa Jouli 2500 za joto (Q L ). Je, ufanisi wa injini ya joto ni upi?
Majadiliano
Mfano wa swali la 2:
Injini ya joto hunyonya Jouli 3000 za joto (Q H ), hufanya kazi (W) na kutoa Jouli 2000 za joto (Q L ). Je, ufanisi wa injini ya joto ni upi?
Majadiliano
Mfano wa swali la 3:
Injini ya joto hunyonya Jouli 3000 za joto (Q H ), hufanya kazi (W) na kutoa Jouli 1500 za joto (Q L ). Je, ufanisi wa injini ya joto ni upi?
Majadiliano
