Сро тақырыбы: Дөңгелек процесс (цикл). Қайтымды және қайтымсыз процестер
жүктеу/скачать 134,59 Kb.
|
|
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ «СЕМЕЙ қаласының ШӘКӘРІМ атындағы университеті» КеАҚ Жаратылыстану математика факультеті СРО Тақырыбы: Дөңгелек процесс (цикл). Қайтымды және қайтымсыз процестер Орындаған: Муратов. Д. Д Преподаватель: Рахимбердина. А Семей – 2023 Дөңгелек процесс (цикл). Қайтымды және қайтымсыз процестер Дөңгелек процесс немесе цикл деп жүйе бірнеше күйден өтіп барып бастапқы күйге қайта оралу процесін айтады. Циклдің диаграммасы тұйық қисық. Идеал газдың циклін 2 процеске бөлуге болады. Газдың ұлғаюы (1-2); Газдың сығылуы (2-1); Газ ұлғайған кезде жасалған жұмыс оң dV >0, яғни жұмыс 1а2V2 V11 фигураның ауданына тең болады, ал сығылу жұмысы теріс dV<0 болады да, 2в1V1V22 фигураның ауданымен анықталады. Демек, цикл ішінде газдың жасаған жұмысы тұйық қисықтың ауданымен анықталады. Егер цикл ішінде оң жұмыс жасалса A = >0, онда цикл сағат тілімен бағыттас жүреді, тура цикл деп аталады (сурет 1). Ал егер цикл ішінде жасалатын жұмыс теріс A = <0 болса, цикл сағат тіліне қарсы бағытта болады да, кері цикл деп аталады. Тура цикл жылу двигательдерінде қолданылады. Жылу двигательдері деп жұмысты сырттан алынған жылу арқылы периодты түрде жасайтын двигательдерді айтады. Кері цикл салқындатқыш машиналарда қолданылады. Салқындатқыш машиналар деп сыртқы күштердің жұмысы арқылы жылу температурасы төмен денеден жоғары денеге берілетін машиналарды айтады. Дөңгелектік процесс нәтижесінде жүйе бастапқы күйіне қайта оралады, яғни ішкі энергияның толық өзгерісі нульге тең. Дөңгелек процесс үшін термодинамиканың 1 заңын жазайық: Q = ΔU + А, ΔU = 0, бұдан Q = А, Демек цикл ішінде жасалған жұмыс сырттан берілген жылуға тең. Бірақ цикл нәтижесінде жүйе жылуды алуы да, беруі де мүмкін, сондықтан Q = Q1 - Q2, Q1 - жүйенің алған жылу мөлшері, Q2 - жүйенің берген жылу мөлшері. Дөңгелек процесс үшін термиялық пайдалы әсер коэффициенті Термодинамикалық жүйе 1 күйден 2 күйге өткен кезде бір параметрдің мәні өзгеретін процесті термодинамикалық процесс деп атайды. Егер термодинамикалық процесс кезінде жүйе 1 күйден 2 күйге, яғни i – күйлерден өтсін делік, жүйе i – күйлерден және 2 күйден өтіп, 1 күйге қайта айналып келсе, жүйеде және оны қоршаған ортада ешқандай өзгеріс байқалмаса, ондай процесті қайтымды процесс деп атайды. Егер жүйе бір күйден екінші күйге өткенде жүйенің өзінде, не болмаса қоршаған ортада өзгеріс болса, ондай процесті қайтымсыз процесс деп атайды. Өмірдегі процестердің бәрі қайтымсыз процесс болып саналады. Энтропия. Энтропия түсінігін алғаш енгізген Клаузиус. Оның физикалық мәнін қарастыру үшін изотермиялық процесс кезіндегі жылу мөлшерінің Q жылу беруші дененің температурасына Т қатынасын қарастырады. Қатынасын келтірілген жылу мөлшері деп атайды. Процестің өте кіші бөлігіндегі келтірілген жылу мөлшері ға тең. Кез-келген қайтымды процесс кезінде денеге берілетін келтіріген жылу мөлшері нольге тең:
Тұйық интегралдың нольге тең болуы интегралданып тұрған шамасы бір функцияның толық дифференциалы екендігін көрсетеді. Дифференциалы ға тең күй функциясы энтропия деп аталады және S-пен белгіленеді: Бұл функция жүйенің күйіне байланысты, ал жүйе сол күйге қандай жолмен келгеніне байланысты емес. Термодинамикада қайтымды процесс үшін: ΔS = 0, Ал қайтымсыз процесс үшін өседі: ΔS > 0. Бұл өрнектерді біріктіріп, Клаузиус теңсіздігін алуға болады: ΔS ≥ 0. Жазылған өрнектер тұйық жүйелер үшін де орындалады. Тұйық жүйенің энтропиясы өседі (қайтымсыз процесс) немесе тұрақты болады (қайтымды процесс). Егер жүйе тепе-теңдік жағдайда бір күйден екінші күйге өтсе, онда энтропияның өзгерісін төмендегідей анықтауға болады: Энтропияның өзінің емес, энтропия өзгерісінің физикалық мағынасы бар. Идеал газ процесіндегі энтропияның өзгерісін қарастырайық. Д Адиабаталық процесс үшін δQ = 0, ΔS = 0, S=const, яғни адиабаталық процесс тұрақты энтропияда өтеді. Сондықтан изоэнтропиялық процесс деп аталады. Энтропия – аддитивті шама. Жүйенің энтропиясы сол жүйеге кіретін барлық денелердің энтропиясының қосындысына тең. Демек, энтропияның масса, ішкі энергия, көлем сияқты аддитивті қасиеті бар. Термодинамиканың екінші заңы. Термодинамиканың 1 заңы энергияның сақталу және айналу заңы болып табылғанымен термодинамикалық процестің бағытын анықтай алмайды. Термодинамиканың 2 заңы табиғаттағы процестердің даму бағытын анықтайды. Энтропия түсінігін және Клаузиустың теңсіздігін қолдана отырып, термодинамиканың 2 заңын тұйық жүйедегі қайтымсыз процестер үшін энтропияның өсу заңы деуге болады: кез-келген тұйық жүйедегі қайтымсыз процесс сол жүйенің энтропиясы өсетіндей болып жүреді немесе қысқаша былай айтуға болады: тұйық жүйеде жүретін процестерде энтропия азаймайды. Тұйық емес (ашық) жүйелерде энтропия өсуі де, азаюы да, тұрақты болуы да мүмкін. Энтропия тұйық жүйедегі тек қана қайтымды процестер үшін тұрақты, ал тұйық жүйедегі қайтымсыз процестер үшін әрқашанда өседі
Термодинамиканың 1 және 2 заңдары термодинамикалық температура T=0К болғанда термодинамикалық жүйелерде энтропияның мәні қандай болатынын көрсетпейді. Сондықтан термодинамиканың 1 және 2 заңдары термодинамиканың 3 заңымен немесе Нернст- Планк теоремасымен толықтырылады: тепе-теңдік күйде термодинамикалық температура нольдік бөлікке жақындаған сайын барлық денелердің энтропиясы нольге ұмтылады. Жылу двигательдері және салқындатқыш машиналар. Карно циклі және оның идеал газ үшін пайдалы әсер коэффициенті. Кельвин бойынша термодинамиканың екінші заңынан бір жылу көзін суыту арқылы жұмыс жасайтын двигательді – мәңгі двигательді жасау мүмкін емес. Жылу двигателінің жұмысын қарастырайық. Жылу двигателінің жұмыс істеу принципі 4 суретте көрсетілген. Температурасы жоғары термостаттан- қыздырғыштан цикл кезінде Q1 жылу мөлшері алынады. Температурасы төмен термостатқа- салқындатқышқа цикл ішінде Q2 жылу мөлшері беріледі және А = Q1 - Q2 жұмыс жасалады. Жылу двигателінің термиялық пайдалы әсер коэффициенті болуы үшін Q2 =0 шарты орындалуы керек, демек жылу двигателінің бір ғана жылу көзі болуы керек, ол мүмкін емес. Француз физигі Саади Карно жылу двигателі жұмыс істеу үшін оған кем дегенде екі жылу көзі керек екендігін, олардың температуралары әртүрлі болуы керектігін көрсетті, олай болмаса термодинамиканың екінші заңына қайшы келер еді. Цикл ішінде жүйедегі температурасы төмен термостаттан Q2 жылу мөлшері алынады да, температурасы жоғары термостатқа Q1 жылу мөлшері беріледі. Дөңгелек процесс үшін Q = А, бірақ шарт бойынша Q = Q2 – Q1 < 0, сондықтан А< 0 және Q2 – Q1 = - А немесе Q1 = Q2 + А, демек жүйенің жоғары температуралы жылу көзіне берген жылу мөлшері Q1 төмен температуралы температуралы жылу көзінен алынған Q2 жылу мөлшерінен жұмыс шамасына артық болады. Демек, жұмыс жасамай салқын денеден жылу алуға және оны жылы денеге беруге болмайды екен. Бұл термодинамиканың екінші заңының Клаузиус бойынша анықтамасы. Термодинамиканың екінші заңы бойынша температурасы төмен денеден температурасы жоғары денеге жылу мүлдем берілмейді деуге болмайды, себебі салқындатқыш машиналарда осы тәсіл қолданылады, бірақ бұл сыртқы күштердің жұмысы екендігін естен шығармау керек. Термодинамиканың екінші заңына сүйене отырып Карно мынадай теорема қорытып шығарды: периодты түрде жұмыс істейтін жылу машиналарының ішінен жылытқыштарының және салқындатқыш-тарының температуралары , бірдей, п.ә.к. ең көбі қайтымды маши-налар. Жылытқыштарының температуралары және салқындатқыш-тарының температуралары бірдей болатын қайтымды машиналардың п.ә.к. тең және жұмысшы дененің табиғатына тәуелсіз болады (дөңгелек процесс жасайтын немесе басқа денелермен энергия алмасатын денелер). Карно ең тиімді қайтымды циклге а нализ жасады. Ол цикл 2 изотермадан және 2 адиабатадан тұрады, Карно циклі деп аталады. Жұмысшы дене орнына идеал газ қолданылатын Карноның т ура ци клін қарастырайық. Изотермиялық ұлғаю және сығылу 1-2 және 3-4 қисықтарымен берілген, ал адиабаталық ұлғаю мен сығылу 2-3 және 4-1 қисықтарымен берілген. Изотермиялық процесс кезінде U = const, сондықтан жылытқыштан алынған Q жылу мөлшері газдың ұлғаю кезіндегі жасаған жұмысына тең, газ 1 күйден 2 күйге өткенде: . Адиабаталық ұлғаю кезінде 2-3 бөлігі сыртқы ортамен жылу алмаспайды, демек ұлғаю жұмысы ішкі энергияның өзгерісі арқылы жасалады. Газдың салқындатқышқа изотермиялық сығылу кезінде берген Q2 жылу мөлшері сығылу жұмысына Адиабаталық сығылу кезіндегі жұмыс жүктеу/скачать 134,59 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|