Kurs ishi mavzu: Fizika darslarida ekologik tarbiyani amalga oshirish

Issiqlik mashinasining ish prinsipi 2.2.1-rasm

Bir siklda T temperaturali isitkichdan Q₁ issiqlik miqdori olinib, T₂ temperaturali sovitkichga Q₂ issiqlik miqdori qaytariladi va
A =
miqdordagi ish bajariladi. 2.2.2-rasmda issiqlik mashinasining tuzilishi koʻrsatilgan. Har qanday dvigatel uchta qismdan iborat: ishchi modda (gaz yoki bug‘), isitkich va sovitkich. Isitkichdan issiqlik miqdori olgan ishchi modda kengayib ish bajaradi. Yoqilg‘ining yonishi natijasida isitkichning temperaturasi T oʻzgarmas boʻlib qoladi. Siqilishda ishchi modda issiqlik miqdorini T₂ temperaturali sovitkichga uzatadi. Issiqlik dvigateli siklik ravishda ishlashi kerak. Aylanma jarayon yoki sikl deb sistema bir qancha holatlardan oʻtib, dastlabki holatiga qaytadigan jarayonga aytiladi (2.3-rasm). Soat strelkasi aylanishi boʻylab roʻy beradigan jarayon (gaz oldin kengayib, keyin siqiladi) toʻg‘ri sikl, soat strelkasi aylanishiga teskari yoʻnalishda (gaz oldin siqilib, keyin kengayadi) roʻy beradigan jarayon esa teskari sikl deyiladi. Issiqlik mashinalari toʻg‘ri sikl, sovitkichlar esa teskari sikl asosida ishlaydi. Sikl tugaganda ishchi modda oʻzining dastlabki holatiga qaytadi, ya’ni uning ichki energiyasi boshlang‘ich qiymatiga ega boʻladi.




Issiqlik dvigateli siklik ravishda ishlashi (2.2.3-rasm)


issiqlik mashinasining tuzilishi (2.2.2-rasm)



Karno sikli - navbatma-navbat oʻzaro almashinib turuvchi ikki izotermik va ikki adiabatik jarayondan iborat qaytar aylanma issiqlik jarayonidir. (2.2.4-rasm).



karno sikli (2.2.4-rasm)


Karno sikli deb ataladigan ikkita izotermik va ikkita adiabatik jarayonlardan iborat siklni 2.2.5-rasmda keltirilgan kolenchatli val va shatun oʻrnatilgan porshenli silindr misolida koʻrib chiqamiz.



ichki yonuv divegatel davrlari (2.2.5-rasm)

1. 
   Silindrdagi porshen eng pastki holatida, gaz hajmi V₁ ni tashkil etadi. Silindrni T₁ temperaturali isitkichli idishga joylashtirilgan. Boshlang‘ich holatdagi gazning temperaturasi T₁, bosimi p₁ va hajmi V₁ boʻlsin, ushbu jarayonni 2.2.4-rasmdagi pV diagrammada gazning boshlang‘ich holatini 1 deb belgilaymiz. T₁ temperaturali isitkichdan silindrga Q₁ issiqlik miqdori beriladi va gazning isitkgichdan olayotgan issiqlik miqdori hisobiga uning izotermik ravishda hajmi V₂ gacha kengayishi amalga oshadi. Nihoyat, gazning ikkinchi holatdagi parametrlari p₂, V₂, T₁ boʻladi. Bu holatda gaz A₁ ish bajaradi.
   

2.2-rasmdagi pV diagrammada gazning izotermik kengayishi 1-2 izoterma bilan koʻrsatilgan.

2. 
   Kengayishning ikkinchi adiabatik bosqichida Q₁ issiqlik miqdori kamaytirilsa-da, porshen V₂ dan V₃ gacha kengayadi. Gaz ichki energiyasi hisobiga porshen A₂ ish bajariladi, gazning temperaturasi pasayad. 2.2.4-rasmdagi pV diagrammada gazning adiabatik kengayishi 2-3 adiabata bilan koʻrsatilgan, gazning bu holatdagi parametrlari p₃, V₃, T₂ boʻladi.
   

3. 
   Gazning izotermik siqilishini amalga oshirish uchun silindr T₂ sovutkichga joylashtiriladi va porshen siqiladi, gaz hajmi V₃ dan V₄ gacha kamaytirila boshlaydi. Bu jarayon izotermik boʻlishi uchun A ish batamom issiqlikka aylanib, gaz Q₂ issiqlik miqdorini sovutkichga uzatadi, 2.2.5-rasmdagi pV diagrammada gazning izotermik siqilishi 3-4 izoterma bilan koʻrsatilgan, gazning bu holatdagi parametrlari p₄, V₄, T₂ boʻladi.
   

4. 
   siklning oxirgi qismida gaz adiabatik siqilib, porshen gaz hajmini V₄ dan V₁ gacha kamaytiradi. Bunda bajarilgan ish gaz temperaturasini boshlang‘ich darajasiga koʻtarish uchun sarflanadi va sistemaning ichki energiyasi ortadi. 2.2.5-rasmdagi pV diagrammada gazning adiabatik siqilishi 4-1 adiabata bilan koʻrsatilgan, gazning bu holatdagi parametrlari p₁, V₁, T_x boʻladi, ya’ni boshlang‘ich holatdagi qiymatini egallaydi.
   

Shunday qilib, ideal gaz oʻzining dastlabki holatiga qaytadi va ichki energiyasini toʻla tiklaydi. Sikl davomida ideal gaz isitkichdan Q₁ issiqlik miqdorini oladi va sovitkichga Q₂ issiqlik miqdori beradi. Termodinamikaning birinchi qonuniga muvofiq, Q₁ - Q₂ issiqlik miqdori ish bajarishga sarflanadi va bu ish son qiymati jihatidan sikl oʻrab turgan yuzaga teng. Issiqlik mashinasining foydali ish koeffitsiyenti. Issiqlik mashinasining yoki Karno siklining foydali ish koeffitsiyenti (FIK) deb quyidagi kattalikka aytiladi:
(2.2.2)
Agar issiqlik mashinasining bajargan ishi hisobga olinsa, ya’ni A = Q_x - Q₂ boʻlsa, unda,
(2.2.3)
Shuningdek, Karno siklining FIK ni isitkichning va sovitkichning temperaturalari orqali ham ifodalash mumkin:


(2.2.4)
Demak, ideal issiqlik mashinasining FIK ishchi moddaning turiga bog‘liq boʻlmay, balki isitkichning va sovitkichning temperaturalari bilangina aniqlanadi.
(2.2.4) ifodadan yana quyidagi xulosalarga kelish mumkin:

1. 
   issiqlik mashinasining FIK ni koʻtarish uchun isitkichning temperaturasini oshirish, sovitkichning temperaturasini esa pasaytirish kerak;
   
2. 
   issiqlik mashinasining FIK doimo birdan kichik boʻladi.
   

(2.2.4) ga muvofiq Karno FIK toʻg‘risida teoremasini yozgan. Isitkichning va sovitkichning berilgan temperaturalarida istalgan dvigatelning FIK Karno siklining FIK dan katta boʻlmaydi.
Issiqlik dvigatellari va ekologiya. Issiqlik dvigatellariga bug‘ mashinasi, bug‘ turbinasi, ichki yonuv dvigateli, reaktiv dvigatellar kiradi. Tabiatning oliy mahsuli boʻlmish inson, qolaversa boshqa jonzotlar ham shu tabiatning bir qismidir. Ular yashashi va rivojlanishi uchun esa zarur ne’matlar – toza havo, toza suv va toza mahsulotlar kerak. Biz nafas oladigan havo yer atmosferasini tashkil qiluvchi gazlarning aralashmasidir. Uning tarkibida kislorod, azot, vodorod va boshqa tabiiy gazlardan tashqari chang, tutun, tuz zarralari va boshqa aralashmalar mavjud. Bundan tashqari, havo tarkibida sanoat chiqindilari ham boʻladi. Issiqlik dvigatellarining koʻp miqdorda ishlatilishi ham atrof-muhitga salbiy ta’sir koʻrsatadi. Hisob-kitoblarga qaraganda, hozirgi paytda yer yuzida har yili 2 milliard tonna koʻmir va 1 milliard tonna neft yoqiladi. Bu esa yerdagi temperaturaning koʻtarilishiga va natijada muzliklarning erib, okeanlardagi suv sathining koʻtarilishiga olib kelishi mumkin. Bundan tashqari, atmosferaga 120 million tonna kul va 60 million tonnagacha zaharli gaz chiqarib tashlanadi. Dunyodagi 200 milliondan ortiq avtomobil har kuni atmosferani uglerod (II) oksid, azot va uglevodorodlar bilan zaharlaydi. Issiqlik va atom elektr stansiyalari quvvatlarining ortishi bilan suvga boʻlgan ehtiyoj ham ortib boradi. Shuning uchun hozir havo va suv havzalarining ifloslanishidan saqlanishning bevosita va bilvosita usullaridan foydalaniladi. Bevosita usul – bu turli tutunlar va gazlarni tozalab chiqarish; atmosferani kam ifloslantiradigan yoqilg‘ilar – tabiiy gaz, oltingugurtsiz neft va boshqalardan foydalanish; benzinsiz yuradigan avtomobil dvigatellarini yaratish va hokazolar. Bilvosita usullar atmosferaning pastki qatlamidagi zaharli moddalar konsentratsiyasining keskin kamayishiga olib keladi. Bular chiqindi chiquvchi manbalarning balandligini orttirish, meteorologik sharoitlarini hisobga olib aralashmalarni havoga sochib yuborishning turli usullaridan foydalanish va hokazolar. Issiqlik divigatellari mavzusidan qisqa xulosa chiqaradigan boʻlsak, issiqlik divigatellari – ekologiya kushandasidir deyish mumkin. Shuning uchun ham elektr divigatelli avtomashinalar, poyezdlar hattoki samalyotlar ishlab chiqarish allaqachon boshlangan.