Термодинамиканың І заңын процестерге қолдану

1) Изотермиялық процесс.

Изотермиялық процесс кезінде жүйенің ішкі энергиясының өзгерісі нольге тең және жүйеге берілген жылу мөлшері жүйенің сыртқы денелермен жұмыс атқаруына жұмсалады.

Изотермиялық процесс кезіндегі атқарылатын жұмысты анықтайық.

.

Менделеев-Клапейрон теңдеуінен газ қысымын өрнектейік:

2) Изохоралық процесс.

Изохоралық процесс кезінде газ жұмыс нольге тең және жүйеге берілген жылу мөлшері жүйенің ішкі энергиясын өзгертуге жұмсалады.

Ішкі энергия өзгерісі ,

мұндағы: - тұрақты көлемдегі мольдік жылу сыйымдылығы.

3) Изобаралық процесс.

Изобаралық процесс кезінде термодинамиканың жүйеге берілген жылу мөлшері жүйенің ішкі энергиясын өзгертуге және жүйенің сыртқы денелермен жұмыс атқаруына жұмсалады:

немесе

Жүйеге берілген жылу мөлшері: ,

мұндағы: - тұрақты қысымдағы мольдік жылу сыйымдылығы.

Ішкі энергия мен термодинамикалық жұмыс келесі формулалармен өрнектелетінін ескерсек:

және

термодинамиканың 1-заңы мына түрде жазылады:

.

екенін ескерсек

-ға теңдіктің екі жағын бөлсек

Майер формуласын аламыз: .

Газдың тұрақты қысымдағы және тұрақты көлемдегі мольдік жылу сыйымдылықтарының айырмасы универсал газ тұрақтысына тең.

C _p тұрақты қысымдағы мольдік жылу сыйымдылығы әрқашан C _V тұрақты көлемдегі мольдік жылу сыйымдылығынан үлкен болады (сурет).

Сурет Δ T = T 2– T 1 температураға газдықыздырудың екі мүмкін процесі. p =const жағдайында газ A = p 1(V 2– V 1) жұмысын атқарады. Сол себепті C p > C V.

4) Адиабаталық процесс.

Сыртқы ортамен жылу алмаспай жүретін процесс адиабаталық процесс деп аталады.

Адиабаталық процесті сипаттайтын теңдеу Пуассон теңдеуі деп аталады.

,

мұндағы: - Пуассон коэфиценті немесе адиабата көрсеткіші.

Адиабаталық процесті сипаттайтын графикті адиабата деп атайды.

Адиабаталық процесс кезінде атқарылатын жұмыс

.

5) Политроптық процестер

Политроптық процестер деп жүруі кезінде жылу сыйымдылығы тұрақты болып қалатын процестерді айтады.

Политроп теңдеуі-

мұндағы: - политроп көрсеткіші.

Жылу сыйымдылығы мен политроп көрсеткішінің арасындағы байланыс:

.

Кестеде әр түрлі процестер кезіндегі және мәндері көрсетілген

Процестер
Изотермиялық
Изобаралық
Изохоралық
адиабаталық

Термодинамиканың екі нші заңы

Термодинамиканың екінші заңы табиғаттағы процестердің жүру бағытын көрсетеді.

Өзін қоршаған кеңістікте ешқандай қалдық өзгерістер болмайтындай түрде жүретін термодинамикалық процесті қайтымды процесс деп атайды. Қайтымды процесс кезінде термодинамикалық жүйе бастапқы күйіне қайта келеді.

Сыртқы ортада өзгерістер қалатындай түрде жүретін процесті қайтымсыз процесс деп атайды. Қайтымсыз процесс кезінде жүйе бұрынғы күйіне қайтып келмейді. Үйкеліс, кедергі күштерімен жүретін процестер қайтымсыз процесс болып табылады.

Жылу алмасу кезінде жүретін процесс қайтымсыз процесс болып табылады.

Тұйық процестер

Термодинамикалық жүйе бастапқы күйіне қайтып келетіндей түрде жүретін термодинамикалық процестердің жиынтығын тұйық процесс немесе цикл деп атайды.

Тұйық процестер немесе циклдер барлық жылу машиналарының жұмыс істеу принципінің негізі болып табылады. Заттардың ішкі энергиясын энергияның кез келген түріне айналдыратын механизмдерді жылу машиналары деп атайды. Жылу машиналарына іштен жану двигательдері, пар немесе газ турбиналары, салқындатқыштар және т.б. қондырғылар жатады.

Тұйық процеске қатысатын денені жұмыс денесі деп атайды. Көп жағдайда жұмыс денесі газ болып табылады.

Суретте көрсетілген тұйық процесте

Карно циклі

Негізінен жылу машиналары Карно циклімен жұмыс атқарады. Карно циклі 2 изотермадан және 2 адиабатадан тұрады.

1) 1 – 2 – изотермиялық ұлғаю.

2) 2 – 3 – адиабаталық ұлғаю.

3) 3 – 4 – изотермиялық сығылу.

4) 4 – 1 – адиабаталық сығылу.

Карно циклімен жұмыс кез-келген жұмыс машинасы температурасы Т₁ қыздырғыштан (1), жұмыс денесінен (3) және температурасы Т₂ салқындатқыштан (2) тұрады (сурет).

Бір циклде жұмыс денесі қыздырғыштан Q₁ жылу мөлшерін алады, салқындатқышқа Q₂ жылу мөлшері береді және сыртқы денелермен А жұмыс атқарады.

.

Кез-келген қондырғының тиімділігі - пайдалы әсер коэффициентімен анықталады.

.

Жылу машинасының пайдалы әсер коэффициент і бір цикл кезінде атқарылған пайдалы жұмысының қыздырғыштан алынған жылу мөлшеріне қатынасына тең болады.

Энтропия

Термодинамикалық жүйенің күйін анықтайтын шаманың бірі энтропия болып табылады. Энтропия зат молекулаларының қозғалысының тәртіпсіздігінің мөлшері болып табылады. Өлшем бірлігі

мұндағы: - күй ықтималдығы.

.

Қайтымды тұйық процесте энтропиялық өзгерісі нольге тең.

Кез-келген жылу машинаның пайдалы әсер коэффициенті идеал жылу машинаның пайдалы әсер коэффициентінен үлкен болмайды.

Идеал жылу машинаның пайдалы әсер коэффициенті

Идеал жылу машинаның пайдалы әсер коэффициенті тек қыздырғыш пен салқындатқыштың температурасына тәуелді.

Термодинамиканың екінші заңы: