Ma’ruza №12 Mavzu: Ko’chish hodisalari. Gazlarda diffuziya va issiqlik o’tkazuvchanlik hodisasi. Gazlarda ichki ishqalanish hodisasi. Karno sikli va uning F. I. K. Termodinamikaning va qonunlari. Entropiya

Bug` mashinasi va ichki yonuv dvigateli
Bug` mashinasing ishlashi 12-6 rasmda tasvirlangan. Bug` mashinalarining ikkita asosiy turi mavjud bo`lib ularning har biri yadroviy energiya yoki ko`mir, yog` yoki gazning yonishi evaziga isitiladiga bug`da ishlaydi¹.

12-6-rasm. Bug` mashinasi.

Samaradorlik
Har qanday issiqlik mashinasining samaradorligi e unda bajarilgan ish W bilan yuqori temperaturadagi Q_Y issiqlik miqdori ga nisbati bilan aniqlanadi¹.
e =W/Q_Y (12-23 a)
Bu mulohazali izoh. Chunki W unumdorlik ( mashina oladigan), vaholanki Q_Y yoqilgan yonilg`I hisobiga olingan issiqlik. Energiya saqlanish qonunidan Q<sub>Y</sub> issiqlik miqdori bajarilgan ish hamda past temperaturada oqadigan Q<sub>P</sub> issiqlik miqdori yig`indisiga teng:
Q_Y=W+Q_P
Bundan W=Q_E-Q_P va mashinaning samaradorligi:
e=W/Q_Y=(Q_y-Q_P)/Q_Y (12-23 b)
Samaradorlikka foiz berish uchun 12-23 ni 100 ga ko`paytiramiz. Shunda e samaradorlik 1(yoki 100%) bo’ladi, agar Q<sub>p</sub> nol bo’lsa yoki bo’lmasa muhitga hech qanday issiqlik chiqarilmagan bo’lsa (biz ko’pincha buni hech qachon ko’rmaymiz)<sup>1</sup>.
Karno mashinasi
Samaradorlikni qanday o’sishini ko’rish uchun Fransuz olimi Sadi Karno (1796-1832) hozirda Karno mashinasi deb ataladigan ideal mashinaning xarakteristikasini tekshirgan. Karno mashinasi haqiqatga asoslanibgina qolmay, u shuningdek nazariy g`oya sifatida termodinamikaing ikkinchi qonunini tushuntirish va rivojlanishida muhim rol o`ynaydi<sup>1</sup>.
Karno sikli. Issiqlik mashinalari bir siklda ishlaydi va nazariy karno mashiansi uchun ushbu sikl ideal gaz uchun PV diagrammadagi A nuqtadan boshlanadi. (1) Ushbu gaz dastlab izotermik ravishda Qy issiqlik bilan Ty haroratda “ab” grafik bo`ylab kengayadi (2). Keyin ushbu gaz b dan c ga tomon adiabatik ravishda kengayadi.Bunda issiqlik o`zgarmaydi.Biroq harorat Tp ga tushadi. (3) Ushbu gaz so`ngra o`zgarmas Tp temperaturada cd yo`l bo`ylab siqiladi va Qp issiqlik tashqaridan oqadi. (4) Oxir oqibat gaz o`zining dastlabki holatiga qaytishi uchun da yo`nalishda adiabatic siqiladi. Ideallashtirilgan Karno mashinasi bir siklda bajariladigan 4 ta jarayonni o`z ichiga oladi. Ularning ikkitasi adiabatic (Q=0) va yana ikkitasi izotermik (dT=0). Ushbu ideallashtirilgan sikl 12-7-rasmda tasvirlangan.Ushbu jarayonlarning har biri qaytar jarayonlar hisoblanadi. Ushbu jarayonlarning har biri (Porshenga qarama –qarshi ravisgda gazlarning kengayishi davomida ) sekin bajariladi ya`ni mazkur jarayon muvozanat holatlarining turlari hisblanadi va butun jarayon issiqlik almashinishi yoki bajarilgan ishni hisoblashdan o`zgarishsiz teskari ravishda bajarilgan¹.

12.7-rasm. Karno sikli. Issiqlik mashinasi siklik jarayonda ishlaydi va ideal gaz uchun Karnot mashinasining sikli PV diagrammadagi “a” ko`rsatkichdan boshlanadi. (1) Birinchi bo`lib QH issiqlik tufayli TH temperaturada Qb bo`ylab gaz izotermik kengayadi. (2) Keyin b dan c gacha adiabatic kengayadi. Bu yerda (2) issiqlik o`zgarmaydi, ammo temperature TL gacha pasayadi. (3) Gaz o`zgarmas TL temperaturada c-d yo`l bo`ylab siqiladi va QL issiqlik chiqib ketadi. Va nihoyat gaz d-a yo`l bo`ylab adiabatic siqiladi. Va o`zining dastlabki holatiga qaytadi.

Boshqa tomondan real jarayon odatdagidan tezroq sodir bo`ladi hamda gazlarda turbulence bo`ladi va ishqalanish kuzatiladi. Ushbu omillar tufayli haqiqiy jarayon teskari jarayonda aniq bajariladi. Shuningdek turbulence turlicha bo’ladi va ishqalanish uchun ketgan issiqlik rezerve bo’ladi.Shuningdek haqiqiy jarayonlar o’zgarmas bo’ladi. Q_y va Q_p issiqliklar ko’chiriladigan Karno mashinasining izotermik jarayonlari T_y va T_p o’zgarmas haroratlarda bajarilishni talab etadi.Ushbu tizim Q_y va Q_p issiqlik miqdorlari ko’chirilganda haroratlari sezilarli o’zgarmaydigan katta ideallashgan issiqlik manbalari bilan kontakda bo’lishi kerak bo’ladi. Karno asosan ideal qaytar mashina uchun Q_y va Q_p issiqlik miqdorlari ishlatilayotgan T_y va T_p (kelvinlarda) haroratlarga proporsional bo’ladi¹:
Qy/Qp=Ty/Tp
Shuningdek samaradorlik quydagicha bo’ladi:
e=(Ty-Tp)/Ty [Karno (ideal) samaradorlik] (12-24)
(12-24) dagi tenglik har qanday issiqlik mashinasi uchun samaradorlikning yuqori cheklovini ifodalaydi.Yuqoriroq samaradorlik termodinamikaning 2-qonunini inkor etadi.Haqiqiy mashinalar har doim ishqalanish va shunga o’xshash narsalar tufayli unga qaraganda kamroq samaradorlikga ega bo’ladi. Haqiqiy mashinalarda samaradorlik 60-80% bo’ladi¹.
12-8-rasmda keitirilgan muzlatgichlar, havo kondetsionerlari va issiqlik nasoslarining ishlash prinspi issiqlik mashinalarinikidan farq qiladi. Har bir sovuq muhitdan issiq muhitga issiqlik ko`cherish uchun ishlaydi. 15-16 rasmda tasvirlangan diagrammalashtirilgan W ishni bajarish orqali issiqlik past haroratdagi Tpjoydan olinadi, (masalan muzlatgichning ichki qismi) va ular issiqlikning yuqoriroqqiymati yuqori Ty temperaturada chiqariladi¹.

12-8-rasm. Sxematik diagrammada muzlatgich yoki havo kondensatori uchun energiya almashinuvi.

Qp issiqlik miqdori muzlatgich ichidagi sovuq spirallardan chiqariladi va Qy issiqlik muzlatgichning orqa tomonidagi tashqi halqalar orqali chiqariladi.(12-9- rasm) Siz tez-tez muzlatgich pastidan kelayotgan issiq havoni sezishiz mumkin. W ish odatda 12-9- rasmda tasvirlangan suyuqlik chiqaradigan elektr mator orqali bajariladi¹. (Biz Qy va Qp ni boshqaramiz va u W kabi hamma vaqt bir xil)

12-9-rasm. O`ziga xos sovitish sistemasi. (Muzlatgich). Elektr kompressor motori yuqori bosimdagi gazni muzlatgichning tashqi devorida joylashgan sovituvchi qurilma orqali o`tkazib, issiqlikni tashqariga chiqarib, suyuqlikga aylanadi. Suyuqlik yuqori bosimli joydan o`tib, suyuqlikni boshqaruvchi qurilma orqali muzlatgich ichki devorlaridagi past bosimli trubalarda quyiladi. Bu past bosimda muzlatgich ichidagi issiqlik suyuqlikga o`tadi va suyuqlik kompressorga qaytadi. Bu sikl takroran davom etadi. (b) xuddi 12-9- diagrammaga o`xshash.

Elektr kompressor Qy issiqlik chiqarilaigan va ushbu gaz suyuq bo`lishi uchun soviydigan muzlatgich tashqi devorining orqa tomonida issiqlik almashtirgich (kondensator) orqali yuqori bosimda gazni kuchaytiradi. Suyuqlik yuqori bosim hududidan chqadigan muzlatgichning ichki devorlaridagi past bosimli quvurlarga o`tadi. Suyuqlik pastroq bosimda bug`lanadi va shunday qilib muzlatgich ichidagi (Qp) so`riladi. Suyuqlik sikl qayta boshlanadigan kompressorga qaytadi. (b) 12-8- rasmga o`xshash sxematik diagramma. Umuman mukammal muzlatgich past haroratdagi hududda yuqori haroratdagi hududga issiqlik olish uchun hech qanday ish bajarish talab etilmaydi. U rasman birdan bir ta`siri Ty temperaturadagi tizimda yuqoriroq Ty temperaturadagi ikkinchi tizimga issiqlikni ko`chiruvchi qurilma yo`qligini tasdiqlaydi. Past haroratdagi predmet (yoki sistema ) dan past haroratdagi predmetga oqadigan issiqlik olish uchun bir nechta ish bajarilishi kerak. Shunday qilib mukammal muzlatgich yo`q<sup>1</sup>.
Muzlatgichning foydali ish koeffisenti issiqlikni chiqarish uchun bajariladigan W ish orqali past temperaturadagi hududdan (muzlatgich ichki qismidan) chiqarilgan Qp issiqlikka proporsional bo`ladi:
FIK=Qp/W (muzlatgich va havo kondetsioneri) 12-24 a
Biz Qp dan foydalanamiz. Chunki u amaliy jihatdan moddalarni ichkaridan uzatilgan issiqlik¹.
Buni tushunush kerak. Chunki belgilangan ish uchun muzlatgich ichkarisidan chiqadigan Qp issiqlik qancha ko`proq bo`lsa muzlatgich shuncha ko`p yaxshiroq (samaraliroq) ishlaydi. Energiya saqlanish qonunini termodinamikaning birinchi qonuni uchun Qp+W=Qy yoki W=Qy-Qp ni yozish mumkin. (12-8- rasmga qarang). So`ngra (12-24a) bilan tenglashtirmiz.
FIK=Qp/W=Qp/(Qy-Qp) muzlatgich va havo kondetsioneri.
Ideal muzlatgich uchun (mukammal bo`lmagan) ideal gaz uchun biz bajara oladigan ish quidagicha bo`ladi¹.
FIK(ideal)=Tp/(Ty-Tp) muzlatgich va havo kondetsioneri (12-24-c).
Ideal (Karno) mashinasiga o`xshash (12-23 tenglik). Havo kondensioneri muzlatgich kabi juda ko`p ishlaydi. Garchi asl qo`llanish detallari turlicha: Havo kondetsioneri past temperatutadagi bino yoki xona ichkarisidan Qp issiqlikni oladi va yuqoriroq temperaturadagi muhitga tashqi Qy issiqlik yuboradi. (12-23) dagi tengliklar havo kondetsioneri uchun FIKni ifodalaydi.Issiqlik aslini olganda yuqori haroradan past haroratga tomon oqadi. Muzlatgichlar va havo kondetsioneri issiqdan sovuqga oqadigan issiqlik hosil qilish uchun teskari jarayonlarni bajarish uchun ishlaydi. Biz ehtimol aytishimiz mumkin ular nasos bilan issiqdan sovuqqa oquvchi issiqlikning tabiiy tendensiyasiga qarshi sovuq hududlardan issiqroq hududlarga issiqlikni haydaydi.Chunki suv tabiiy tendensiya pastga oqishiga qarshi yuqori nasos orqali yuboriladi. Issiqlik nasosi atamasi odatda past temperaturadan tashqaridan Qp issiqlik olish va uyning ichkarisiga iliqroq Qy issiqlik yetkazib beruvchi W ish bajaradigan elektr matordan foydalanish orqali qishda uyni isitadigan qurilmaga nisbatan ishlatiladi<sup>1</sup>.
Muzlatgichda ichki va tashqi issiqlik almashtirgich (Muzlatgichning spirallari) va elekrt kompressor matori bor. Muzlatgich va havo kondetsionerining ishlash prinsipi bir xil, biroq issiqlik matorining maqsadi sovuqdan (chiquvchi Qp) ko`ra issiqlik (aylanuvchi Qy) bo`ladi. Shunday qilib issiqlik nasosininng FIK havo kondetsioneriga qaraganda turlicha hisoblanadi. Chunki u hozirda muhim bo`lgan uyning ichkarisiga Qy issiqlik yetkazib beradi¹.
FIK=Qy/W issiqlik nasosi (12-25)
FIK birga qaraganda kattaroq bo`ldi. Bugungi kunda issiqlik mashinalarining FIK 2.5-3 bo`ladi. Ko`plab issiqlik nasoslari havo aylantirgich va yozda havo kondetsionerlari sifatida ishlatiladi¹.
Endryus tajribasi shuni ko‘rsatadiki, har qanday gaz suyuqlikka faqat shu gazga xos bulgan ma’lum temperatura T_k dan past temperaturada aylantirishi mumkin. Agar gaz temperaturasi T_k dan yuqori bo‘lsa, uni xech qanday bosim ostida ham suyuqlikka aylantirib bo‘lmaydi. Bu T_k temperaturani kritik temperatura deb ataladi. Rasmda K nuqta kritik nuqta deb ataladi, bu nuqtada tegishli xolat, hajm kritik hajm va bosim kritik bosim deb ataladi.
Misol:

Modda	Kritik temperatura (^0C)	Kritik bosm (atm)
Suv	+374	218
Uglekislota (CO2)	+31	73
Kislorod	- 119	50
Azot	- 147	34
Vodorod	- 240	13
Geliy	- 268	2,3