Issiqliq ha’m fizika-ximiyaliq processler

Issiqliq ha’m fizika-ximiyaliq processler.
Íssılıq texnikası umumtexnik fundamental pánlerden biri bolıp, texnikada ıssılıqtı payda etiw usılların, ıssılıqtı energiyanıń basqa túrine aylandırıw usılların, ıssılıqtı uzatıw usılların hám ıssılıq isletiliwin uyretedi.
Sanaattıń metallurgiya, mashinasozlik, tap g '-kán jumısı hám basqa tarawlarında ıssılıq beriw jáne onıń ajralıp shıǵıwı, ıssılıq almasıwı, mashina, apparatlarda júz boMadigan ıssılıq processleri hám de elektr energiya hám ıssılıqtan ónimli paydalanıw zárúrli áhmiyetke iye. Íssılıq texnikası páni joqarı maman hám básekige shıdamlı kadrlar tárbiyalap tayarlawda tiykarǵı orın tutadı. Bul pán studentlerdi ilmga qızıqtırıw, nızamlar texnikada qollanılıwı, termodinamik processlerdi esaplaw, ıssılıq kúsh apparatlarınıń optimal jaǵdayların anıqlawǵa tayarlawda járdem beredi.
Íssılıq texnikası páni úsh bólimden ibarat :
1) texnikalıq termodinamika ;
2) ıssılıq uzatılıwı ;
3) ıssılıq energetikalıq apparatları.
Termodinamika sózi grekshe sózden alınǵan bolıp «termos»— ıssılıq,
«dinamikos» — kúsh degen m a'noni ańlatadı. Texnikalıq termodinamika ıssılıq effektleri menen júz bolatuǵın túrli processlerde energiyanıń birturdan ekinshi túrge o 'tishi, yaǵnıy ıssılıqtıń jumısqa hám jumıstıń ıssılıqqa aylanıwın úyrenetuǵın pán. Texnikalıq termodinamika pán retinde M. v. Lomonosov (1746 -y.) úshek onidan energiyanıń aylanıw hám saqlanıw nızamı ashılıwı sebepli júzege kelgen.
M. v. Lomonosovning «Íssılıq hám suwıqlıq sebepleri» (1747-y.) degen jumısı ıssı elementlar mikrozarrachalarining háreketdeligin tastıyıqlawǵa arnalǵan. Orıs mexanigi I. I. Polzunov úshek onidan birinshi universal puw mashinasınıń jańalıq ashılıwı (1765-y.) nátiyjesinde universal porshenli dvigatelleriniń sızılması hám termodinamikanıń ekinshi nızamı jaratıldı.
Termodinamikanıń rawajlanıwına R. Mayer (1872-y.), A. Joul (1843- 1846 -y.), E. X. Lens (1844-y.), C. Karno (1824-y.), R. Klazius (1854-y.) hám v. Tóbeson (1856 -y.) o 'z jumısları menen k a tta úles q o 'shishgan.
Termodinamikanıń ekinshi nızamıningyaratilishi dvigatellaming paydalı jumıs koefficiyentin asırıw jolların kórsetedi. Íssılıq apparatların proektlestiriw hám qurıw ushın onıń wazıypasın, islew usılın hám onda bolatuǵın ıssılıq uzatıw processlerin biliw kerek. Íssılıq úsh qıylı usılda : ıssılıq o 'tkazuvchanlik, konveksiya hám nurlanıw usılında uzatıladı. Hár bir texnologiyalıq processlerdiń atqarılıwında ıssılıq energetikalıq apparatları qollanıladı. Íssılıq energetikalıq apparatları energiyanı bir túrden ekinshi túrge aylantırıp beredi. Íssılıq texnikasın úyreniw processinde anıq máselelerdi esaplaw, ańlatpalardı keltirip shıǵarıw hám olar arasındaǵı baylanısıwlardı anıqlawda matematika pániniń ornı úlken bolıp tabıladı. Jismlami, hádiyseler hám processlerdi úyreniwde, analiz qılıwda fizika hám ximiya páni boyınsha bilimler talap etiledi. Íssılıq texnikası páninen alınǵan bilimler tek pán-texnika rawajlanıwı ushın zárúr bolıpǵana qalmay, bálki azat hám obod watan, erkin hám párawan turmıs qurıw, ǵárezsiz Respublikamız gúlleniwi ushın intellektuallıq dárejesi keń, etika -ádepli bárkámal insandı tárbiyalawǵa da óz úlesin qo'sliadi issılıq mashinalarında ıssılıqtı jumısqa aylandırıw jumısshı dene járdeminde ámelge asıriladı. Jumısshı dene gaz yamasa puw boMishi múmkin. 0 'zaro hám átirap ortalıq menen ıssılıq almasinadigan deneler kompleksine termodinamik sistema dep ataladı. Energetikada elektr stansiyanıń hámme mashinaları yamasa ıssılıq dvigateliniń bólek bólimleri hám ishinde gaz jaylasqan porshenli cilindrler termodinamik sistemaǵa mısal bóle aladı.
0 'rganilayotgan termodinamik sistemaǵa kirmaydigan hámme deneler átirap -ortalıq dep ataladı. Termodinamik sistema — ashıq, jabıq, jalǵızlanǵan hám adiabatik bolıwı múmkin. Eger sistema basqa sistemalar menen energiya almasa alsa, ashıq termodinamik sistema (gaz-turbina apparatı ), energiya almasa almasa jabıq termodinamik sistema (ishki yonuv dvigatelleri) dep júritiledi. Jumısshı dene Jumıs islewshi obiekt
1-súwret. Termodinamik sistema
Eger sistema átirap -m uhit menen o 'zaro ta 'sir etpese jalǵızlanǵan termodinamik sistema, eger sistema átirap ortalıq menen ıssılıq almasmasa adiabatik sistema dep júritiledi.
Tiykarǵı termodinamik jaǵday parametrleri
Qálegen termodinamik sistema ushın bir qansha fizikalıq shamalar jıyındısı kórsetilgen boladı, usılar arqalı berilgen sistemanı basqa bir sistemadan ajıratıw hám de sistema daǵı ózgerislerdi tekseriw, sistema átirap ortalıq menen óz-ara tásir etiwin tekseriw múmkin boMadi. Bunday shamalar jıyındısına sistemanıń jaǵdayı dep ataladı.
Jumısshı dene dıń fizikalıq jaǵdayın ańlatatuǵın shamalar jaǵday parametrlari dep ataladı. Jaǵday parametrlerine: m utlaq basım, tolıq temperatura, soiishtirma kólem, tıǵızlıq, ishki energiya, entalpiya, entropiya hám basqalar kiredi. Jismning jaǵdayı o 'zgarganda basım, temperatura hám soiishtirma kólem keskin o 'zgaruvchan parametrler b o 'lgani ushın olardı termik parametrler dep ataladı.
Basım. Sirtning birlik júzine tik tásir etiwshi kúshke basım dep ataladı. IN /m 2 — bul birlik Paskal (1 Pa) dep ataladı. 1 Pa onsha úlken
bolmaǵanı ushın texnikada kPa hám MPa isletiledi.
1 kPa (kilopaskal) = 103 Pa
1 MPa (megapaskal) = 106 Pa.
Bul birliklerden tısqarı 1 bar = 105 Pa — bul basım atmosfera basımına jaqın bolǵan basım bolıp tabıladı.
Basım ólshew birliklerinen taǵı biri 1 kg kúsh/sm 2 (kg k/sm2) yamasa basqa kóriniste tómendegishe jazıladı : kG /sm 2, bul 1 kG/sm 2 = 1 at bul texnikalıq atmosfera dep ataladı.
Basım ólshew birlikleri arasında tómendegishe baylanısıw bar:
1 MPa = 10 bar = 10, 2 at = 106 Pa
1 at = 1 kg k/sm 2 = 104 mm suw úst.;
1 atm = 101, 325 kPa = 760 mm sım. úst. =10333 mm suw úst.
Fizikalıq atmosfera (1 atm) 0°C temperaturada 760 mm sım. úst.-ga teń.
Basım tómendegi túrlerge bólinedi:
1) atmosfera yamasa barometrik basım P ^ — bul atmosfera hawasınıń
basımı ;
2) artıqsha yamasa manometrik basım Pon (Pman) — atmosfera basımınan
joqarı basım ;
3) vakuum (siyrekleniw) Pvak — bul atm osfera basımınan kishi
basım bolıp tabıladı;
4) mutloq basım P - bul denege tásir jetip atırǵan tap 'liq basım bolıp tabıladı;
Bulardan tek tolıq basım gaz yamasa suyıqlıqtıń jaǵday parametri bóle aladı. Eger qandayda bir ıdıs daǵı basım atmosfera basımınan joqarı bolsa, ol jaǵdayda
P = P + P (2) 1 mm 1 bar 1 orí
Eger kerisinshe, ıdıs daǵı basım atmosfera basımınan kishi bolsa,
ol jaǵdayda:
P, = P„ - P. (3) mut bar vak v '
Basımdıń túrli ólshew birlikleri arasındaǵı koefficientti tómendegi keste arqalı kóriwimiz múmkin.
1. 1-keste
B irliklar Pa bar kg k/cm 2 mm sım. úst. mm suw
úst.
1 Pa 1 IO'5 1, 02-10 -5 7, 5024-10'3 0, 702
1 bar 105 1 1, 02 7, 5024 -102 1, 02*10«
1 kg k/cm 2 9, 8 -1 04 0, 9806 1 735 104
1 mm sım. úst 133 1, 33* 10 -3 1. 36 -103 1 13, 6
1 mm suw úst. 9, 8067 9, 8 0 -1 0'5 10 -4 7, 35-10'2 1
H arasında rat. H arorat jismning qıziganlik dárejesin kórsetetuǵın
shama bolıp tabıladı, basqasha etip aytqanda gaz molekulalardıń ortasha kinetik
energiyasına proporsional bolǵan shama bolıp tabıladı.
Temperatura 2 qıylı boladı :
1) Tolıq temperatura — T, °K (Kelvin shkalası );
2) Emperik temperatura - t, °C (Celsiy shkalası ).
Temperaturanıń baha sanın temperatura shkalaları kórsetip beredi. Temperatura
shkalaları Celsiy (ÜC) yamasa graduslı — Kelvin, Farengeyt hám Reonieyur
shkalalarına bólinedi. Celsiy shkalasında tiykarǵı reper noqatları etip,
muzning eriw temperaturası 0°C hám suwdiń qaynaw temperaturası 100°C qabıl
etilgen. Bul noqatlar daǵı term om etr kórsetkishi ayırmashılıǵınıń 100 ge
bólingen degi bir bólegi Celsiy gradusı (°C) dep qabıl etiledi.
Angliya hám AQSH de qollanılatuǵın Farengeyt shkalasında muzning
eriw temperaturası 32°C hám suwdiń qaynaw temperaturası 212°C dep qabıl etilgen,
sonday eken
5
t °C= — (t °F - 32)
9
9
t °F= —t °C + 32 m 2 — bul birlik Paskal (1 Pa) dep ataladı. 1 Pa onsha úlken
bolmaǵanı ushın texnikada kPa hám MPa isletiledi.
1 kPa (kilopaskal) = 103 Pa
1 MPa (megapaskal) = 106 Pa.
Bul birliklerden tısqarı 1 bar = 105 Pa — bul basım atmosfera basımına jaqın bolǵan basım bolıp tabıladı. Basım ólshew birliklerinen taǵı biri 1 kg kúsh/sm 2 (kg k/sm2) yamasa basqa kóriniste tómendegishe jazıladı : kG /sm 2, bul 1 kG/sm 2 = 1 at bul texnikalıq atmosfera dep ataladı.
Basım ólshew birlikleri arasında tómendegishe baylanısıw bar:
1 MPa = 10 bar = 10, 2 at = 106 Pa
1 at = 1 kg k/sm 2 = 104 mm suw úst.;
1 atm = 101, 325 kPa = 760 mm sım. úst. =10333 mm suw úst.
Fizikalıq atmosfera (1 atm) 0°C temperaturada 760 mm sım. úst.-ga teń.
Basım tómendegi túrlerge bólinedi:
1) atmosfera yamasa barometrik basım P ^ — bul atmosfera hawasınıń
basımı ;
2) artıqsha yamasa manometrik basım Pon (Pman) — atmosfera basımınan
joqarı basım ;
3) vakuum (siyrekleniw) Pvak — bul atm osfera basımınan kishi
basım bolıp tabıladı;
4) mutloq basım P - bul denege tásir jetip atırǵan tap 'liq basım bolıp tabıladı;
Bulardan tek tolıq basım gaz yamasa suyıqlıqtıń jaǵday parametri
bóle aladı.
Eger qandayda bir ıdıs daǵı basım atmosfera basımınan joqarı bolsa, ol jaǵdayda
P = P + P (2) 1 mm 1 bar 1 orí
Eger kerisinshe, ıdıs daǵı basım atmosfera basımınan kishi bolsa,
ol jaǵdayda:
P, = P„ - P. (3) mut bar vak v '
Basımdıń túrli ólshew birlikleri arasındaǵı koefficientti tómendegi keste
arqalı kóriwimiz múmkin.
1. 1-keste
B irliklar Pa bar kg k/cm 2 mm sım. úst. mm suw
úst.
1 Pa 1 IO'5 1, 02-10 -5 7, 5024-10'3 0, 702
1 bar 105 1 1, 02 7, 5024 -102 1, 02*10«
1 kg k/cm 2 9, 8 -1 04 0, 9806 1 735 104
1 mm sım. úst 133 1, 33* 10 -3 1. 36 -103 1 13, 6
1 mm suw úst. 9, 8067 9, 8 0 -1 0'5 10 -4 7, 35-10'2 1
H arasında rat. H arorat jismning qıziganlik dárejesin kórsetetuǵın shama bolıp tabıladı, basqasha etip aytqanda gaz molekulalardıń ortasha kinetic energiyasına proporsional bolǵan shama bolıp tabıladı. Temperatura 2 qıylı boladı :
1) Tolıq temperatura — T, °K (Kelvin shkalası );
2) Emperik temperatura - t, °C (Celsiy shkalası ).
Temperaturanıń baha sanın temperatura shkalaları kórsetip beredi. Temperatura
shkalaları Celsiy (ÜC) yamasa graduslı — Kelvin, Farengeyt hám Reonieyur
shkalalarına bólinedi. Celsiy shkalasında tiykarǵı reper noqatları etip, muzning eriw temperaturası 0°C hám suwdiń qaynaw temperaturası 100°C qabıl etilgen. Bul noqatlar daǵı term om etr kórsetkishi ayırmashılıǵınıń 100 ge bólingen degi bir bólegi Celsiy gradusı (°C) dep qabıl etiledi.
Angliya hám AQSH de qollanılatuǵın Farengeyt shkalasında muzning eriw temperaturası 32°C hám suwdiń qaynaw temperaturası 212°C dep qabıl etilgen, sonday eken
t °C= — (t °F - 32)
t °F= —t °C + 32 Sırtqı ortalıqtıń o 'zaro tásiri nátiyjesinde dene jaǵdayınıń ózgeriwi
termodinamik process dep ataladı.
Teń salmaqlılıq jaǵday daǵı dene dep, lining hár bir noqatında P, T hám basqa
fizikalıq ayrıqshalıqlar birdeyde bolatuǵın jaǵday daǵı denege aytıladı.
Eger silin d rd a g i gaz p o rsh e n y o rd a m id a siq ilg a n d a y o k i keńeytirilganda jumısshı dene cilindr kóleminiń hár qanday noqatında T
hám P hár túrlı bolsa, bul jaǵday nomuvozanat jaǵday dep ataladı.
Term odinam ik processlerde dene lar bir-birleri menen energiya almasadı, bunıń nátiyjesinde bir jismning energiyası ko'payadi, basqasında azayadı.
Processlerde dene energiyası eki qıylı usılda bir deneden ekinshi denege ótiwi múmkin.
Birinshi usıl : ıssı deneden oǵan salıstırǵanda suwıq bolǵan denege energiya
ótedi. Bul usıl daǵı energiyanıń muǵdarı ıssılıq muǵdarı dep ataladı hám
ótiw usılı — energiyanıń ıssılıq formasında uzatılıwı dep ataladı. Íssılıq
Q menen belgilenedi, J de olshenedi.
Ekinshi usılǵa sırtqı basım tásirinde dene óziniń kólemin ózgertiredi.
Bul usıl energiyanıń jumıs formasında uzatılıwı dep ataladı hám uzatılatuǵın energiyanıń muǵdarı jumıs dep ataladı. Jumıs L menen belgilenedi, J de olshenedi.
Ulıwma jaǵdaylarda energiya bir waqıtta da ıssılıq formasında, da jumıs formasında uzatıladı.
1 kg jumısshı jismning jumısı — £ menen belgilenedi hám salıstırma jumıs dep ataladı,
k J
M
ıssılıq muǵdarı dep ataladı,
ıssılıq muǵdarı — q menen belgilenedi hám salıstırma
kJ_
k g.
Gazdıń atqarǵan jumısın esaplaw. Jumıstıń ańlatpasın kórip shıǵıw ushın 1-2 processda gaz kólemi ózgeriwin kórip shıǵamız (2-súwret ).
Kólemdiń sheksiz kishi ózgeriwi dv de belgilenedi, sheksiz kishi
jumıs d/ = pdv kóriniste boladı. Termodinamikanıń birinshi nızamı energiya saqlanıwı hám aylanıwı
nızamınıń qollanıwı bolıp tabıladı.
Tariyp: Sistemaǵa berilgen ıssılıq muǵdarı sistemanıń ishki energiyasın
ózgertiwge hám jumıs orınlawǵa sarplanadı.
Q = AU+L [J]
1 kg dene ushın termodinamikanıń I-nızamı tómendegishe ańlatpalanadı :
q=Au+ /
k J
M.
bul jerde: Au — ishki energiyanıń o 'zgarishi, / — orınlanǵan jumıs.
Termodinamikanıń I nızamınıń analitik ańlatpası :
dq=du+dC (31)
Jumıstıń ańlatpası tómendegishe bolıp tabıladı:
dl =pdv (32)
Termodinamikanıń I nızamınıń ishki energiya járdeminde jazılıwı :
dq=du+pdv (33)
Termodinamikanıń I nızamı entalpiya járdeminde jazılıwın keltirip shıǵaram ız. B onıń ushın ko'paytm aning differensialidan jumıstı tómendegishe ańlatpalaymız:
pdv=d (p • v)-vdp (34)
bul ańlatpanı 33 ańlatpaǵa qóyamız
dq=du+d (p • v)-vdp=d (u+pv)-vdp (35)
bul ańlatpa daǵı u+pv=h dep belgileymiz hám ol entalpiya dep ataladı.
Keyininen entalpiya járdeminde jazılıwın payda etemiz. dq=dh-vdp dep ańlatpalaymız. (36 )
Íssılıq muǵdarı termodinamik process xarakterine baylanıslı. I nızam analitik
ańlatpasınıń ıssılıq sıyımlılıqı járdeminde jazılıwı tómendegi kóriniske iye:
dq= cvdt+pdv bul jerde du=cvdT (37)
dq=cpdT-vdp bul jerde dh=cpdT (38) Entropiya da jaǵday parametrlerinen bolıp, C hárıbi menen belgilenedi
hám ózgeris m a'nosini ańlatadı. Sistemaǵa ıssılıq berilgende onıń jaǵdayı
ózgeredi. Elem entar bólekte berilgen ıssılıq dq hám temperaturası T ga teń.
Entropiya — sistema jaǵdaydıń sonday funksiyasiki, bul funksiyanıń
qaytuvchan processdagi sheksiz kishi o 'zgarishi usı sistemaǵa kiritilgen
sheksiz kishi ıssılıq muǵdarınıń sol ıssılıq kiritilgen jaǵday daǵı temperatura
qatnasına teń.
S
dq=T • ds
5-súwret
Eger: 1) ds>0, S2>S, bolsa, entropiya artadı
dq>0 de ıssılıq artadı.
2) ds<0 S2dq<0 de ıssılıq ajraladi`.
3) ds=0, S2=S, dq=0 adiabatik process.
Entropiya haqqında túsinikke iye bolǵanımızdan keyin hár qanday
júz b o 'layotgan processler ol ch ol n ıssılıq diagram m asi — T –s diagrammanı sızıp, bul processda temperatura hám entropiya o 'zgarishin anıqlama beriwimiz múmkin. T-s diagramması processtiń ıssılıǵın anıqlap beretuǵın diagramma esaplanadi