Зерттеудің статистикалық және термодинамикалық әдістері
жүктеу/скачать 0,97 Mb.
|
| Лекция 5
Циклдық процестер. Карно циклы. Карно циклінің пайдалы әсер коэффициенті. Карно теоремалары. Термодинамиканың екінші бастамасы. Энтропия ұғымы. Идеал газ процестерінде энтропияның өзгеруін есептеу. Қайтымсыз процестегі энтропияның өзгеруі. Нернст теоремасы Термодинамиканың екінші бастамасының Кельвиндік тұжырымдамысынан шығатыны, бір жылу көзінің салқындауы есебінен периодты жұмыс атқаратын қозғалтқыш – екінші ретті мәңгі қозғалтқыш жасау мүмкін емес. Жылу қозғалтқышының жұмыс жасау принципі 85-суретте көрсетілген. Цикл ішінде қыздырғыш деп аталатын Т1 температурасы жоғары термостаттан* Q1 жылу мөлшері алынады да, Т2 температурасы төмен салқындатқыш деп аталатын термостатқа цикл ішінде Q2 жылу мөлшері беріледі, осы кезде А = Q1 – Q2 тең жұмыс атқарылады. *Температурасын өзгертпей ақ, басқа денелермен жылу алмаса алатын термодинамикалық жүйе. Жылу қозғалтқышының жылулық пайдалы әсер коэффиценті (56.2) 1-ге тең болуы үшін, Q2 = 0 шарты орындалуы тиіс, яғни жылу қозғалтқышының жылу көзі біреу-ақ болуы керек, ал олай болуы мүмкін емес. Француз физигі және инженері Н. Л. С. Карно (1796 — 1832), жылу қозғалтқышы жұмыс істеуі үшін, кем дегенде екі температуралары әр түрлі жылу көздері болуы керек, әйтпесе бұл термодинамиканың екінші заңына қайшы келеді деп көрсетті. Екінші ретті қозғалтқыш мүмкін болғанда, ол мәңгі қозғалтқыш болар еді. Мысалы, мұхит суының 1° салқындауы орасан көп энергия берер еді. Жер шарындағы мұхиттар суының массасы шамамен 1018 тоннаны құрайды, ол 1° -қа салқындағанда шамамен 1024 Дж жылу бөлінер еді, бұл шамамен 1014 тонна көмір толық жанғанда бөлінетін жылуға тең. 85-сурет 86-сурет Жылу қозғалтқышында жүретін процеске кері процесс мұздатқыш машинасында қолданылады, оның жұмыс істеу принципі 86-суретте көрсетілген. Дөңгелек процесс үшін, (56.1)-ге сәйкес Q=A болады, бірақ, шарт бойынша Q = Q2 – Q1 < 0, сондықтан А<0 және Q2 – Q1 = –А, немесе Q1 = Q2 + A, яғни, жоғары T1 температурада жүйенің жылу көзіне берілген Q1 жылу мөлшері, T2 төмен температурада жүйенің алған Q2 жылу мөлшерінен жүйемен жасалынған жұмысқа тең шамаға аз болады. Демек, егер жұмыс жасалмаса, суық денеден ыстық денеге жылуды алу мүмкін емес. Бұл ұйғарым Клаузиус тұжырымдамасы бойынша берілген термодинамиканың екінші бастамасы. Карно, термодинамиканың екінші бастамасына негізделген теореманы шығарған болатын, ол теорема соның атымен аталады: температуралары бірдей, қыздырғыш температурасы (T1) және салқындатқыш температурасы (T2) болатын периодты жұмыс жасайтын барлық жылу машиналарында п.ә.к.-і ең көп болатыны, бұл қайтымды машиналар, мұнда қыздырғыш пен салқындатқыш температуралары бірдей болғанда жұмыс жасайтын қайтымды машиналардың п.ә.к.-і бір біріне тең және жұмыстық дененің табиғатына тәуелсіз, ол тек қыздырғыш пен салқындатқыштың температуралары арқылы ғана анықталады. Карно екі адиабата және екі изотермадан тұратын үнемді болып табылатын, қайтымды процесті теориялық тұрғыдан талдады. Оны Карно циклі деп атайды. Карноның тура циклін қарастырайық, мұнда жылжымалы поршені бар ыдыстағы идеал газ жұмыстық дене ретінде қолданылады. Карно циклі 87-суретте көрсетілген, мұнда изотермиялық ұлғаю мен сығылу сәйкес 1—2 және 3—4 қисықтармен берілген, ал адиабаталық ұлғаю мен сығылу — 2—3 және 4—1 қисықтармен көрсетілген. Изотермиялық процесс кезінде U=const, сондықтан, (54.4) сәйкес, газдың қыздырғыштан алған Q1 жылу мөлшері, газдың 1 күйден 2 күйге өткен кезде газдың атқаратын А12 жұмысқа тең: (59.1) 2—3 адиабаталық ұлғаю кезінде, қоршаған ортамен жылу алмасу болмайды, және А23 ұлғаю жұмысы ішкі энергияның өзгерісі есебінен жасалады ( (55.1) және (55.8) қара): 87-сурет Изотермиялық сығылу кезіндегі газдың салқындатқышқа беретін Q2 жылу мөлшері А34 сығылу жұмысына тең: (59.2) Адиабаталық сығылу жұмысы: Дөңгелек процесс нәтижесінде атқарылатын жұмыс: және ол 87-суретте штрихталған ауданмен анықталады. Карно циклінің жылулық п.ә.к.-і (56.2) сәйкес, мынаған тең: (55.5) теңдеуді 2—3 және 4—1 адиабаталарға қолданып, алатынымыз: , осыдан (59.3) (59.1) және (59.2)-ні (56.2) формулаға қойып және (59.3) ескере отырып, аламыз: (59.4) яғни, Карно циклі үшін п.ә.к.-і тек қыздырғыш пен салқындатқыштың температуралары арқылы ғана анықталады. Оны арттыру үшін, қыздырғыш пен салқындатқыш температураларының айырмасын арттыру керек. Мысалы, T1 = 400 К және T2 = 300 К болғанда h = 0,25 болады. Егер қыздырғыш температурасын 100 К-ге арттырып, ал салқындатқыш температурасын 50 К-ге төмендетсек, h = 0,5 болады. Әр бір нақты жылу қозғалтқышының п.ә.к.-і жылулық шығындар мен үйкелістің әсерінен жоғарыда есептелінген Карно циклінен біршама аз болады. жүктеу/скачать 0,97 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|