வெப்ப இயக்கவியலின் இரண்டாம் விதி

மீளா வெப்ப இயக்கவியல் செயல்முறைகளை விளக்குவதற்காக, விஞ்ஞானிகள் வெப்ப இயக்கவியலின் இரண்டாம் விதியை உருவாக்கினர். வெப்ப இயக்கவியலின் இரண்டாம் விதி, பிரபஞ்சத்தில் என்னென்ன செயல்முறைகள் நிகழலாம், என்னென்ன செயல்முறைகள் நிகழ முடியாது என்பதை விளக்குகிறது. ஆர்.ஜே.இ. கிளாசியஸ் (1822-1888) என்ற விஞ்ஞானி பின்வரும் கூற்றைக் கூறினார்:

இயற்கையாகவே, வெப்பம் உயர் வெப்பநிலை பொருட்களிலிருந்து குறைந்த வெப்பநிலை பொருட்களுக்கு நகர்கிறது; இயற்கையாகவே, வெப்பம் குறைந்த வெப்பநிலை பொருட்களிலிருந்து உயர் வெப்பநிலை பொருட்களுக்கு நகர்வதில்லை (வெப்ப இயக்கவியலின் இரண்டாம் விதி—கிளாசியஸின் கூற்று).

கிளாசியஸின் கூற்று, வெப்ப இயக்கவியலின் இரண்டாம் விதியின் சிறப்புக் கூற்றுகளில் ஒன்றாகும். இது வெப்பப் பரிமாற்றம் தொடர்பான ஒரே ஒரு செயல்முறைக்கு மட்டுமே பொருந்தும் என்பதால், இது சிறப்புக் கூற்று என்று அழைக்கப்படுகிறது. இந்தக் கூற்று மற்ற செயல்முறைகளுடன் தொடர்பில்லாததால், நமக்கு ஒரு பொதுவான கூற்று தேவைப்படுகிறது. வெப்ப இயக்கவியலின் இரண்டாம் விதியின் பொதுவான கூற்றின் உருவாக்கம், வெப்ப இயந்திரங்களின் ஆய்வை அடிப்படையாகக் கொண்டது. எனவே, நாம் முதலில் இயந்திர வெப்பத்தைப் பற்றி விவாதிப்போம்.

வெப்ப இயந்திரம்

நாம் பயன்படுத்தும் ஆற்றலில் பெரும்பகுதி, பெட்ரோலியம், எரிவாயு, நிலக்கரி ஆகியவற்றில் அடங்கியுள்ள வேதியியல் நிலை ஆற்றலிலிருந்து வருகிறது. நேரடியாகப் பயன்படுத்தப்பட வேண்டிய வேதியியல் நிலை ஆற்றல், முதலில் எரிக்கப்பட வேண்டும். பொதுவாக, புதைபடிவ எரிபொருட்களை (எண்ணெய், எரிவாயு மற்றும் நிலக்கரி) எரிப்பதால் வெப்பம் உருவாகிறது. அந்த வெப்பத்தை உணவைச் சமைக்கவும், அறையைச் சூடாக்கவும் நேரடியாகப் பயன்படுத்தலாம். ஒரு பொருளை (உதாரணமாக, ஒரு வாகனத்தை நகர்த்துவதற்கு) நகர்த்த, நாம் வெப்பத்தை இயக்க ஆற்றலாகவோ அல்லது இயந்திர ஆற்றலாகவோ மாற்ற வேண்டும் (இயந்திர ஆற்றல் = நிலை ஆற்றல் + இயக்க ஆற்றல்).

வேலை செய்வதற்கு வெப்பத்தைப் பயன்படுத்தும் ஒரு கருவி 1700-ஆம் ஆண்டில் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது. அது ஒரு நீராவி இயந்திரம். அந்த நீராவி இயந்திரம் முதன்முதலில் ஒரு நிலக்கரிச் சுரங்கத்திலிருந்து தண்ணீரை வெளியேற்றுவதற்காகப் பயன்படுத்தப்பட்டது.

நீராவியால் பொருட்களை நகர்த்த முடியும் என்பதால் நீராவி இயந்திரங்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. நீராவி இயந்திரங்களில் வெப்ப இயந்திரமும் அடங்கும் (வெப்ப இயந்திரம் என்பது வெப்பத்தை இயந்திர ஆற்றலாக மாற்றும் ஒரு கருவியாகும்). தற்போது நீராவி இயந்திரம் மின் ஆற்றலை உருவாக்கப் பயன்படுகிறது. நவீன வெப்ப இயந்திரங்கள் என்பவை கார் இயந்திரங்கள், மோட்டார் சைக்கிள் இயந்திரங்கள் போன்ற உள் எரிப்பு இயந்திரங்களாகும்.

வெப்ப இயந்திரங்களைப் பயன்படுத்துவதன் பின்னணியில் உள்ள அடிப்படைக் கருத்து என்னவென்றால், அதிக வெப்பநிலையிலிருந்து குறைந்த வெப்பநிலைக்கு வெப்பம் பாய அனுமதித்தால், அந்த வெப்பத்தை இயந்திர ஆற்றலாக மாற்ற முடியும் என்பதாகும். இந்தச் செயல்பாட்டின் போது, ​​சிறிதளவு வெப்பம் இயந்திர ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது (சிறிதளவு வெப்பம் வேலையைச் செய்யப் பயன்படுத்தப்படுகிறது), சிறிதளவு வெப்பம் குறைந்த வெப்பநிலை உள்ள இடங்களில் வெளியேற்றப்படுகிறது. வெப்ப இயந்திரத்தில் ஆற்றலின் வடிவத்தை மாற்றுதல் மற்றும் ஆற்றல் பரிமாற்றம் நடைபெறும் செயல்முறை இந்த வரைபடத்தைப் போல் இருக்கும்.

உயர் வெப்பநிலை (T)_H) மற்றும் குறைந்த வெப்பநிலை (T_L) இயந்திரத்தின் இயக்க வெப்பநிலை என அழைக்கப்படுகிறது. Q_H அதிக வெப்பநிலையிலிருந்து வெப்பம் பாய்கிறது, அதேசமயம் Q_L வெப்பம் குறைந்த வெப்பநிலை உள்ள இடத்திற்குப் பாய்கிறது. அதிக வெப்பநிலையிலிருந்து குறைந்த வெப்பநிலைக்குப் பாயும்போது, ​​வெப்பத்தின் ஒரு பகுதி இயந்திர ஆற்றலாக மாற்றப்பட்டு (வேலை செய்யப் பயன்படுத்தப்படுகிறது), மற்றொரு பகுதி Q ஆக வெளியேற்றப்படுகிறது._Lஎல்லா வெப்பத்தையும் வேலையாக (W) மாற்ற முடியாது, எப்போதும் வெளியிடப்படும் வெப்பம் (Q) இருக்கும்._Lஆகவே, ஆற்றல் அழிவின்மை விதியின் அடிப்படையில், Q_H = டபிள்யூ + கே_L.

நீராவி இயந்திரங்கள் மற்றும் உள்ளெரி இயந்திரங்கள் உட்பட பல வெப்ப இயந்திரங்கள் உள்ளன.

நீராவி இயந்திரம்

நீராவி இயந்திரங்கள் வெப்பப் பரிமாற்ற ஊடகமாக நீராவியைப் பயன்படுத்துகின்றன. நீராவி ஒரு செயல்படும் பாய்மம் ஆகும். நீராவி இயந்திரங்களில் இரண்டு வகைகள் உள்ளன: மாறுதிசை நீராவி இயந்திரங்கள் மற்றும் விசையாழி நீராவி இயந்திரங்கள். இந்த இயந்திரங்களின் வடிவமைப்பு வேறுபட்டிருந்தாலும், இந்த இரண்டு வகை நீராவி இயந்திரங்களும் எண்ணெய், எரிவாயு, நிலக்கரி ஆகியவற்றை எரிப்பதன் மூலமோ அல்லது அணுசக்தியைப் பயன்படுத்துவதன் மூலமோ சூடுபடுத்தப்பட்ட நீராவியைப் பயன்படுத்துகின்றன.

உள் எரிப்பு இயந்திரங்கள்

மோட்டார் சைக்கிள் என்ஜின்கள் மற்றும் கார் என்ஜின்கள் ஆகியவை உள் எரிப்பு என்ஜின்களுக்கு எடுத்துக்காட்டுகள் ஆகும். எரிதல் செயல்முறை மூடிய உருளைகளுக்குள் நடைபெறுவதால், இவை உள் எரிப்பு என்ஜின் என்று அழைக்கப்படுகின்றன. உள் எரிப்பு என்ஜின் இருப்பது, வெப்பப்பரிமாற்றமற்ற அமுக்கம் மற்றும் விரிவாக்கம் என்ற பொறியியல் கருத்தின் விளைவாகும்.

வெப்ப இயந்திர செயல்திறன்

வெப்ப இயந்திரத்தின் செயல்திறன் (e) என்பது, உயர் வெப்பநிலையில் (Q) உள்ள வெப்ப உள்ளீட்டின் மூலம் இயந்திரத்தால் செய்யப்படும் வேலைக்கும் (W) அதன் திறனுக்கும் இடையிலான ஒப்பீடு ஆகும்._H).

W என்பது பெறப்பட்ட ஆதாயம், அதே சமயம் Q என்பது_H எரிபொருளை வாங்கி எரிப்பதற்கு ஆகும் செலவே ஆகும். அதிகபட்ச லாபத்தையும் குறைந்தபட்ச செலவையும் எப்போதும் விரும்பும் மனிதர்களாகிய நாம், அதிகரிக்கும் லாபம் (W), நாம் செலவிடும் தொகைக்கு (Q) விகிதாசாரமாக இருக்கும் என்று நம்புகிறோம்._Hஅது நடக்க வாய்ப்புள்ளதா?

ஆற்றல் அழிவின்மை விதியின் அடிப்படையில், வெப்பம் (Q)_H) என்பது வேலை (W) + வெளியேற்றப்பட்ட வெப்பம் (Q) க்கு சமமாக இருக்க வேண்டும்_L).

சமன்பாடு 1-ல் உள்ள W-க்கு பதிலாக சமன்பாடு 2-ல் உள்ள W-ஐ பிரதியிடவும்.

இது வெப்ப இயந்திர செயல்திறனின் சமன்பாடு ஆகும்.

கேள்வி 1 :

ஒரு வெப்ப இயந்திரம் 3000 ஜூல் (Q) வெப்பத்தை உறிஞ்சுகிறது._H) வெப்பம், வேலை (W) செய்கிறது மற்றும் 2500 ஜூல் (Q) ஆற்றலை நீக்குகிறது_Lவெப்பம். இயந்திரத்தின் வெப்பத் திறனைக் கணக்கிடுங்கள்.

தீர்வு

வெப்ப இயந்திர செயல்திறன் = 17%.

கேள்வி 2 :

ஒரு வெப்ப இயந்திரம் 3000 ஜூல் வெப்பத்தை (Q) உறிஞ்சுகிறது._H), வேலை (W) செய்கிறது மற்றும் 2000 ஜூல் வெப்பத்தை (Q) நீக்குகிறது_Lவெப்ப இயந்திரத்தின் செயல்திறனைக் கணக்கிடுங்கள்.

தீர்வு

வெப்ப இயந்திர செயல்திறன் = 34%.

கேள்வி 3 :

ஒரு வெப்ப இயந்திரம் 3000 ஜூல் வெப்பத்தை (Q) உறிஞ்சுகிறது._H), வேலை (W) செய்கிறது மற்றும் 1500 ஜூல் வரை வெப்பத்தை (Q) வெளியிடுகிறது._Lஒரு வெப்ப இயந்திரத்தின் செயல்திறனைக் கணக்கிடுக?

தீர்வு

வெப்ப இயந்திர செயல்திறன் = 50%.