Ili kujua jinsi ya kuongeza ufanisi wa injini ya joto , mwanasayansi Mfaransa aitwaye Sadi Carnot (1796-1832) alichunguza mashine bora ya kalori ya kinadharia mnamo 1824. Wakati huo, sheria ya kwanza ya thermodynamics haikuwa imetungwa, wala sheria ya pili ya thermodynamics. Sheria ya kwanza haijatungwa kwa sababu wanasayansi bado hawajui kwamba joto ni nishati. Baada ya Joule na wenzake kujaribu miaka ya 1830, wanasayansi waligundua kuwa joto ni nishati inayosonga kutokana na tofauti za halijoto. Kwa hivyo, sheria ya kwanza ya thermodynamics ilitungwa baada ya 1830. Sadi Carnot alikuwa akitafiti injini bora ya kalori ya kinadharia mnamo 1824. Utafiti wake ulikuwa wa kuongeza ufanisi wa injini ya mvuke. Injini nyingi za mvuke za wakati huo hazikuwa na ufanisi mkubwa.
Sheria ya pili ya thermodynamics
Ili kuelezea michakato ya thermodynamic isiyoweza kurekebishwa, wanasayansi waliunda sheria ya pili ya thermodynamics. Sheria ya pili ya thermodynamics inaelezea michakato gani inaweza kutokea katika ulimwengu na michakato gani haiwezi kutokea. Mwanasayansi mmoja aitwaye RJE Clausius (1822-1888) alitoa kauli ifuatayo:
Kwa kawaida, joto huhama kutoka vitu vyenye joto la juu hadi vitu vyenye joto la chini; kwa kawaida, joto halitoki kutoka vitu vyenye joto la chini hadi vitu vyenye joto la juu (Sheria ya Pili ya thermodynamics—Kauli ya Clausius).
Kauli ya Clausius ni mojawapo ya kauli maalum za sheria ya pili ya thermodynamics. Inaitwa kauli maalum kwa sababu inatumika kwa mchakato mmoja tu, unaohusiana na uhamishaji wa joto. Kwa kuwa kauli hii haihusiani na michakato mingine, tunahitaji kauli ya jumla zaidi. Ukuzaji wa kauli ya jumla ya sheria ya pili ya thermodynamics unategemea utafiti wa injini za joto. Kwa hivyo, tunajadili joto la injini kwanza.
Michakato ya Thermodynamic: Isothermal Adiabatic Isochoric Isobaric
Michakato ya Thermodynamic ya Makala: Isothermal Adiabatic Isochoric Isobaric
Kuna michakato minne ya thermodynamic, yaani michakato ya Isothermal, isochoric, isobaric na adiabatic.
Mchakato wa Isothermal (joto la mara kwa mara)
Katika mchakato wa isothermal, halijoto ya mfumo huwekwa sawa. Kinadharia, mfumo uliochambuliwa ni gesi bora. Halijoto bora ya gesi ni sawa moja kwa moja na nishati bora ya gesi ya ndani (U = 3/2 n RT). T haibadiliki, kwa hivyo U pia haibadiliki. Kwa hivyo, ikitumika kwa mchakato wa isothermal, sheria ya kwanza ya mlinganyo wa thermodynamic inakuwa:
Sheria ya kwanza ya thermodynamics
Mchakato wa Thermodynamic
Joto (Q) ni nishati inayohama kutoka kitu kimoja hadi kingine kwa sababu ya tofauti ya halijoto. Kuhusu mifumo na mazingira, joto ni nishati inayohama kutoka mfumo hadi mazingira au nishati inayohama kutoka mazingira hadi mfumo, kutokana na tofauti ya halijoto. Ikiwa halijoto ya mfumo ni kubwa kuliko halijoto ya mazingira, joto litatiririka kutoka mfumo hadi mazingira. Ikiwa halijoto ya mazingira ni kubwa kuliko halijoto ya mfumo, basi joto hutiririka kutoka mazingira hadi mfumo.
Joto (Q) ni nishati inayohama kutokana na tofauti ya halijoto, ilhali kazi (W) inahusiana na uhamishaji wa nishati kupitia kazi. Kwa mfano, ikiwa mfumo unafanya kazi kwenye mazingira, basi nishati huhama kutoka kwenye mfumo hadi kwenye mazingira. Kinyume chake, ikiwa mazingira yanafanya kazi kwenye mfumo, basi nishati huhama kutoka kwenye mazingira hadi kwenye mfumo.
Mawimbi ya Msalaba - matatizo na suluhisho
1. Umbali kati ya mifereji miwili ya mawimbi ya uso wa maji ni mita 20. Kitu huelea juu ya uso wa maji ili kipate mwendo wa mtetemo. Ikiwa muda wa kusafiri mtetemo mmoja ni sekunde 4, basi kasi ya wimbi ni …. m/s
A. 20
B. 15
C. 10
D 5
Inajulikana:
Kasi ya mawimbi ya mitambo - matatizo na suluhisho
1. Kasi ya wimbi linalopita kwenye kamba ya mita 25 ni 50 m/s. Nguvu ya mvutano wa kamba ni 200 N. Tambua uzito wa kamba.
A. kilo 0.08
Kilo 0.5
C. Kilo 0.8
D. 2.0 kg
Inajulikana:
Mwendo rahisi wa harmonic - matatizo na suluhisho
1. Kitu hutetemeka kwa masafa ya 5 Hz kuelekea kulia na kushoto. Kitu husogea kutoka sehemu ya usawa hadi sehemu ya juu zaidi ya kuhama kuelekea kulia. Amua muda unaohitajika ili kufikia sehemu ya juu zaidi ya kuhama kuelekea kulia mara kumi na moja.
A. 2.05
B. 2.20
C. 2.25
D 2.50
Inajulikana:
Pendulum rahisi - matatizo na suluhisho
1. Pendulum mbili rahisi ziko katika sehemu mbili tofauti. Urefu wa pendulum ya pili ni mara 0.4 ya urefu wa pendulum ya kwanza, na kasi ya mvuto inayopatikana na pendulum ya pili ni mara 0.9 ya kasi ya mvuto inayopatikana na pendulum ya kwanza. Amua ulinganisho wa masafa ya pendulum ya kwanza na pendulum ya pili.
A. 2/3
B. 3/2
C. 4/9
D. 9/4
Mwangwi wa mawimbi ya sauti - matatizo na suluhisho
1. Baada ya uma wa kurekebisha A kutikiswa, uma wa kurekebisha B hutikiswa. Uma wa kurekebisha B hutikiswa kwa sababu…..
A. Uma wa kurekebisha A una ukubwa sawa na uma wa kurekebisha B
B. Uma zote mbili za kurekebisha hutumia kisanduku kimoja cha mwangwi
C. Uma wa kurekebisha B una masafa sawa na uma wa kurekebisha A
D. Mlio wa sauti zinazosababishwa na uma zote mbili za kurekebisha ni sawa
Suluhisho
Shinikizo la maji - matatizo na suluhisho
1.
Kasi inayotokana na uvutano ni 10 N/kg. Eneo la uso wa samaki wanaobanwa na maji juu yake ni 6 cm 2. Tambua nguvu ya maji juu ya samaki inayofanya kazi kwa samaki.
Inajulikana: