Termodinamikaning II qonuni - Маъруза o’zbekiston respublikasi oliy va o’rta maxsus ta’lim vazirligi

Termodinamikaning II qonuni
Bu qonunning posto’lat ko’rinishdan bir necha ta’riflari bo’lib, ular bir-biriga bog’liq va bir-biridan ikkinchisini chiqazish mumkin.
Rudolf Klauzius (Gottlib) posto’latiga muvofiq, issiqlik issiq jismdan sovuq jismga o’z-o’zicha o’tadi.
Kelinglar, issiqlikni ishga aylantirish jarayonini ko’ramiz. Issiqlik manbaining o’zida issiqlik ishga aylanaolmaydi. Buning uchun issiqlikni issiqlik manbasidan olib uni ishga aylantiraoladigan biror ishchi jismga berish kerak. Misol uchun issiqlik gazga berilsa, u kengayib ish bajarishi mumkin. Yana ish xosil qilishi uchun gazni uzliksiz kengaytirish kerak, lekin bu mumkin emas. Binobarin, gaz yana kengayib ish bajarishi uchun siqilishi kerak, ya’ni ishchi jism davriy ravishda kengayib-siqilishi kerak. Agar gaz biror temperaturada kengaytirilsa va natijada ish bajarsa, u yana ish bajarish uchun shu temperaturada siqilishi, kengaytirilganda bajargan ishga teng ish sarflanishi kerak. Natijada xech qanday foydali ish bajarilmaydi. Ish bajarilishi uchun siqilishda sarflangan ish gaz kengayib bajargan ishidan kam bo’lishi kerak. Buning uchun siqilish jarayonini kengayishdagiga nisbatan pastroq temperaturada olib borish kerak. Demak, ishchi jism sovutilishi kerak, ya’ni issiqlik manbaining issiqligini ishga aylantirish uchun yana sovutgich xam bo’lishi shart. Buni quyidagi chizma (buni issiqlik mashinalarining prinstipial sxemasi deb qarash mumkin) dan ko’rish mumkin.
Ish q1
Aqq1 – q2
Ishchi jism
q2
Isitgichdan q1 issiqlik ishchi jismga beriladi. Bu issiqlik hisobiga ishchi jism (masalan: gaz) kengayib ish bajaradi. Lekin issiqlik manbaidan olingan q1 issiqlikning hammasi ishga aylanmaydi, uning bir qismi (q2) issiqlik xolida sovutgichga beriladi. Bir qism Aqq1 – q2 ishga aylanadi.
Issiqlik manbaining temperaturasi sovutgichning temperaturasiga tenglashganda issiqlikning o’tishi va demak, ish bajarilish jarayoni to’xtaydi. Hamma issiqlikning olish uchun sovtgichni absolyut nolgacha sovutish kerak, lekin bu mumkin emas. Binobarin, issiqlik manbaining hamma issiqlik zapasini olish mumkin emas hamda manbadan olingan issiqlikning hammasini ishga aylantirish ham mumkin emas.
Shularni inobatga olib, Uilyam Tomson (Kelvin) o’z posto’latini quyidagicha ta’rifladi.
Birdan-bir natijasi issiqlikni isitgichdan olib va uni to’laligicha ishga aylantira oladigan jarayon (mashina) bo’lishi mumkin emas.
Agar issiqlik to’lik ishga aylanganda edi – 2 tur abadiy (dvigatel) harakatlanuvchi qurilma yaratish mumkin bo’lar edi.
Ikkinchi qonunning yana bir posto’lati (ta’rifi) xuddi shu masala xaqida.
V. Ostvald ta’biricha, ikkinchi tur abadiy dvigatel yaratish mumkin emas.
Ishni issiqlikga, issiqlikni ishga aylanishida xam tabiatdagi asimmetriyalik (bir tomonlamalik) ni ko’ramiz. Ya’ni ish to’lik issiqlikga aylanadi (masalan: ishqalanganda), lekin issiqlik to’la ishga aylanmasligi bilan biz tanishdik.
Ish issiqlikga aylanganda, jarayon faqatgina bir jism-issiqlik qabul qiluvchi jismning termodinamik xolati o’zgarishi bilan chegaralanadi (ishqalanish bilan isitilganda). Issiqlik ishga aylanganda, issiqlik manbasining sovishi bilan bir qatorda, albatda, yana kamida bir yoki bir necha jismlarning termodinamik xolati o’zgaradi (masalan sovitgichning) Termodinamikada ishchi jismning yoki bu jarayonga jalb etilgan boshqa jismlar termodinamik holatining o’zgarishi kompensastiya deyiladi. Ikkinchi qonunning yana bir posto’latiga binoan kompensastiyasiz issiqlikni ishga aylantirib bo’lmaydi.
Franstuz olimi S. Karno (1824) o’zining stiklida issiqlik faqat kompensastiya mavjud bo’lgandagina ishga aylanishi mumkinligini ko’rsatdi.
Bu stiklni chizmada ko’ramiz. Bunda ishchi jism sifatida ideal gaz olingan. U issiqlik manbaidan olingan issiqlik hisobiga ishlaydi va bunda jarayon stiklik ya’ni aylanmadir. Bu stikl ketma-ket boradigan to’rt qaytar jarayonlardan iborat.
P
A B
A q q1 – q2
D C
V1 V4 V2 V3
V
1)Gazning izotermik kengayishi (AV izotermasi) 1mol ideal gaz manbaidan issiqlik olib T1 temperaturada V1 dan V2 gacha AV izoterma bo’ylab qaytar tarzda kengaysin;
sistema bajargan ish.
R ln V2V1 ga teng.
Bu ish miqdori AV V1 V2 yuzasiga teng bo’ladi.
2) Gazning adiabatik kengayib, sovishi (VS) adiabatasi V nuqtadagi gazni adiabatik kengaytiramiz va bunda sistema ichki energiya xisobiga ish bajaradi.
UCv
Bu ish miqdori VS V3 V2 yuza bilan belgilanadi.
3) Gazning izotermik siqilishi ( CD izotermasi) S nuqtadagi T2 temperaturadagi gazni izotermik siqilganda, sistema ustida bajarilgan ish;
R lnV3 V4
Bunda ish DS V3 V4 .yuzasiga teng bo’ladi.
4)Gazning adiabatik siqilishi – (DA adiabatasi). Bunda ideal gaz V4 dan dastlabki hajm V1 gacha D bo’ylab adiabatik siqilganda bajarilgan ish
UCv
Bunda ish ADV1 V4 yuzasiga teng. Agar isitgichdan olingan issiqlik q1 ga, sovitishga berilgan issiqlik q2 ga teng bo’lsa, umumiy bajarilgan ish;
q1q2
A2 bilan A4 ning qiymati teng, lekin ishorasi qarama – qarshi bo’lganligidan;
qqR ln V2V1R ln V3G’V4
V2G’V1 V3G’V4 ligidan tenglama qo’ysak.
AQ q1 – q2 Q R(T1-T2) ln V2G’V1
Bu ish AVSD yuzaga teng bo’ladi. Bu tenglamani q1RT1 ln V1G’V2 ga bo’lsak
(q1-q2) G’q1 (T1-T2) G’T1
q1-q2A
bo’lganligidan foydali ish koeffistenti (F.I.K.) quyidagicha bo’ladi.
q1-q2q1
Demak, issiqlik mashinasining fodali ish koeffistienti issiqlik va sovutgichning temperaturalari ayirmasiga bog’liq bo’lib, jism qanday materialdan tashqil topganiga, uning tabiatiga bog’liq emas.
Karno stiklining taxlilida ahamiyati juda katta bo’lgan bir narsaga ya’ni sovutgichning mohiyatini nazarda tutish kerak. Boshqacha qilib aytganda stikl mobaynida foydali ish olish uchun tabiatga ma’lum “soliq” to’lash kerak – bir qism issiqlik albatta sovutgichga berilishi kerak. Tabiatning assimterikligi: ishni issiqlikka aylantirishda bu “soliq” talab qilinmaydi.(masalan ishqalanishda hamma ish to’liqligicha issiqlikka aylanadi).
|