Mövzu № 10 - Mühazirəçi: f r. e n., dosent Q. Ü. Ağayev Ədəbiyyat: Ağayev Q.Ü., Cəfərov M. B. Fizika kursu. Bakı, 2016

Mövzu № 10
Termodinamikanın II- ci qanunu
Dönən və dönməyən proseslər.
Termodinamikanın II- ci qanunu.
Karno tsikli.
Entropiya.
Ideal qazın entropiyası.
Dönən və dönməyən proseslər
Proses əvvəlcə bir istiqamətdə, sonra da əks istiqamətdə gedərkən, sistem əvvəlki halına qayıdan zaman nə sistemdə, nə ətraf mühitdə heç bir dəyişiklik olmazsa, belə prosesə dönən proses deyilir.
Dönən prosesi təşkil edən elementar proseslərdə dönən olmalıdır.Tarazlıqda olan hər bir proses dönən prosesdir, çünki belə proseslər həm düz, həm də əks istiqamətdə gedə bilər.
Sistemin ilkin hala qayıtması ətraf mühitdə dəyişikliklə müşahidə olunarsa prosesə dönməyən deyilir. Tarazlıqda olmayan hər bir proses dönməyən prosesdir. Deməli, həqiqi proseslər dönməyən proseslərdir. Bu proseslər ancaq sonsuz yavaş getdiyi zaman dönən proseslərə yaxınlaşa bilər.
Məsələn: vakuumda mütləq elastik yaydan asılmış cismin sönməz rəqsləri dönən prosesdir.
Hər hansı cisim 1. halından 2. halına keçirilib və başqa aralıq hallardan ilk 1 halına qaytarılarsa belə prosesə dövri (tsiklik, qapalı) proses deyərlər.
Termodinamikanın II- ci qanunu.
Termodinamikanın II- ci qanunu təbiətdə baş verən proseslərin istiqamətini və xarakterini müəyyənləşdirir. Termodinamikanın II- ci qanunu yeni bir S funksiyası (entroniya adlanır) qəbul etməklə prosesin başlanğıcı və sonu, prosesin dönən və dönməyən olması haqqında məlumat almaq olar. S funksiyası prosesın istiqamətindən, onun başlanğıc və sonundan, prosesin dönən və dönməyən olmasından asılı olaraq möxtəlif qiymətlər alır.
Termodinamikanın II- ci qanununun bir neçə ifadəsi vardır. Onlardan birinə görə: “Yeganə nəticəsi istiliyin işə çevrilməsi olan periodik proseslərin əldə edilməsi mümkün deyil”.
Deməli, hər hansı bir istilik mənbəyindən alınmış istiliyi tamamilə işə çevirmək mümkün deyil. Soyuducuya ehtiyac olmadan istilik mənbəyindən alınmış istiliyi tamamilə işə çevirə bilən maşına II növ daimi mühərrik deyilir (perpetum- mobile).
Termodinamikanın II- ci qanununa görə II növ daimi mühərrik qurulması qeyri mümkündür. Deməli soyuducusuz istilik maşını qurmaq olmaz.
Istilik maşınının nə üçün soyuducuya ehtiyacı olduğunu aşağdakı misalla aydinlaşdırmaq olar.
Tutaq ki, içərisində işçi cisim qaz olan silindrin daxilində porşen sürtünmədən hərəkət edə bilir.
Həmin porşenin üzərində platforma (A) vardır. Silindr içərisindəki qazı qızdırmaqla onu genişləndirirlər və genişlənərkən qaz porşenlə bağlı olan platfotmanı qaldırır. Qalxan platforma üzərindəki B yükünü müəyyən hündürlüyə qaldırır. Belə bir sadə istilik maşını ilə yük qaldırmaq üçün hər dəfə A platformasını aşağı salıb əvvəlki vəziyyətinə gətirmək lazımdır.Ona görə də, silindrin içindəki qızmış işçi qazı sıxmaq lazımdır. Qızmış qazı sıxarkən xaricdən görülən iş onun genişləndiyi zaman gördüyü işə bərabər olduğundan belə nəticə çıxarmaq olar ki, yüku qaldıran maşın olmayıb başqa bir kənar cisim olmuşdur.Belə bir maşının səmərəli olması olması üçün genişlənən qazın gördüyü iş o qazı sıxarkən görülən işdən artıq olmalıdır.Bunun üçün hər dəfə qazı soyutmaq və ya atmosferə buraxmaq lazımdır.
Deməli, hər hansı bir mənbəədən alınmış istiliyi işə çevirmək üçün işçi cisimdən əlavə, birdə soyuducu olmalıdır. Başqa sözlə, hər hansı bir mənbəədən alınan istiliyi tamamilə işə çevirmək mümkün deyildir. Həmişə o istiliyin bir hissəsi səmərəsiz olaraq soyuducuya verilməli olacaqdır. Ona görə də belə nəticəyə gəlmək olar ki, yeganə nəticəsi istiliyin işə çevrilməsi olan periodik proseslərin əldə ediməsi qeyri mümkündür. İstilik mənbəyindən alınmış istilik miqdarı Q1 olarsa onun bir hissəsi Q2 soyuducuya veriləcək və Q1-Q2 qədəri isə faydalı işə çevriləcəkdir.
Faydalı işə çevrilən istilik miqdarının (Q1-Q2) ümumi istilik miqdarına ilan nisbətinə maşının faydalı iş əmsalı (f.i.ə.) deyilir və η ilə işarə edilir:
Termodinamikanın II-ci qanunundan nəticə olaraq çıxır ki, istiliyin işə ekvivalent olmasına baxmayaraq o, qiymətcə işə bərabər deyil.
Bu istilin bir hissəsi həmişə faydasız olaraq ətraf mühitə keçəcəkdir.
Istilik hadisələrinin dönməyən olması termodinamikanın II qanununun fiziki mahiyyətini təşkil edir.
Termodinamikanın I-ci qanunun həm mikrocisimlərə və həm də ayrı- ayrı atom və molekullara tətbiq olunduğu halda, termodinamikanın II-ci qanunun ayrı- ayrı atom və molekullara tətbiq etmək qeyri- mümkündür.
Karno tsikli.
Fransız alimi Sadi Karno nəzəri olaraq ən yüksək f.i.ə. malik olan ideal istilik maşınının iş prinsipini vermişdir. Bu prinsip Karno tsikli adlanır. Karno tsikli bir- birinin ardınca təkrar olunan iki izotermik və iki adiabatik prosesdən ibarətdir.
Fərz edək ki, silindir içərisində 1 mol qaz var və qaz 1-2-3-4 qapalı prosesi edir.
1-2 prosesində qaz izotermik genişlənir və qızdırıcidan Q1 istiliyi alır.
2-3 prosesində işçi cisim (qaz) adiabatik (qızdırıcı söndürülüb) genişlənməni davam edir.
3-4 prosesində porşen işçi cismi sıxır T2 sabit qalma şərti ilə, bu zaman işçi cisim soyuducuya Q2 istiliyi verir
4-1 prosesində işçi cisim adiabatik olaraq sıxılır.
Karno tsiklinin f.i.ə.
Termodinamikanın I-ci qanununa əsasən Afaydalı=Q1-Q2, onda
(1) alırıq.
Faydalı işin ədədi qiyməti diaqramdakı 1-2-3-4 qapalı əyrinin sahəsinə bərabərdir.
Puasson tənliyindən istifadə edək:
Onda
(2)
Burada görsənir ki, Karno tsiklinin f.i.ə. ancaq qızdırıcının və soyuducunun mütləq temperaturundan asılıdır. Karno teoreminə gorə, eyni qızdırıcı və eyni soyuducu ilə işləyən maşınlardan dönən tsikl üzrə işləyənin f.i.ə. –ı ən böyük olur, yəni
(3)
Bu termodinamikanın II-ci qanunun riyazi ifadəsidir.
Fərz edək ki, qızdırıcıdan alınmış istilik tamamilə işə çevrilmişdir. Bu halda Q2=0 və ona görə (3)- dən alırıq:
Burada T1 və T2>0, ona görə də heç bir halda vahiddən böyük ola bilməz. Lakin T2=0 olduqda
olur.
Deməli istiliyi tamamilə işə çevirə bilən (η=1) maşın soyuducusunun temperaturu mütləq sıfıra bərabər olmalıdır. Bu temperaturun alınması qeyri- mümkündür. Ona görə belə bir maşının da əldə edilməsi qeyri- mümkündür.
Deməli, yeganə nəticəsi istiliyin işə çevrilməsi olan dairəvi proseslərin əldə edilməsi qeyri- mümkündür. Başqa sözlə həmişə <1.
(4)
η=0 olanda heç bir dairəvi prosesdə istilik işə və ya başqa növ enerjiyə çevrilə bilməz..
Karno tsiklində qızdırıcıdan alınan istiliyin işə çevrilən hissəsi A= olur. Onda
hasili istiliyin enerjiyə çevrilməyən hissəsidir və heç bir üsulla mexaniki işə və ya başqa növ enerjiyə çevrilə bilməz.
Karno prinsipinin və başqa termodinamik tsikllərin təhlili bunu verir.
|